ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР Российский патент 1998 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания.

Известны инверторы с пропорционально-токовым управлением, содержащие токовый трансформатор. Недостатком таких инверторов является зависимость частоты преобразования от тока нагрузки и напряжения питания.

Известны инверторы, содержащие блок управления и силовые ключи с токовым трансформатором, частота преобразования которого стабильна и определяется частотой блока управления. Недостатком такого инвертора является отсутствие защиты от перегрузки по току.

Известен конвертор, содержащий датчик тока и блок защиты. Недостатком такого конвертора является его низкая надежность при перегрузках, так как при отсутствии самоблокировки защиты конвертор работает в режиме частых повторных включений, а введение самоблокировки не всегда приемлемо.

Наиболее близким к предлагаемому является транзисторный конвертор, содержащий датчик тока во входной силовой цепи и блок защиты, состоящий из порогового и ключевого элементов, причем последний включен в цепь питания блока управления конвертора, а также узел задержки повторного включения, содержащий в выходной цепи накопительный конденсатор, а во входной - разделительный диод. Недостатком этого конвертора является наличие в силовой цепи датчика тока, падение напряжения на котором снижает КПД конвертора. Кроме того, он имеет ограниченное применение ввиду того, что известное решение неработоспособно, если в его инверторе используются силовые ключи с пропорционально-токовым управлением. В этом случае при перегрузке по току выключение блока управления не приводит к выключению силовых ключей, так как наличие такого трансформатора обеспечивает положительную обратную связь, и силовые ключи продолжают работать с частотой колебаний, определяемых параметрами токового трансформатора.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД за счет полного выключения инвертора и использования в качестве датчика тока токового трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторном конверторе, содержащем инвертор на силовых ключах, датчик тока в силовой цепи, выходной выпрямитель с фильтром, блок управления конвертором, блок защиты, состоящий из узла задержки повторного включения, порогового и ключевого элементов, причем выход узла задержки повторного включения подключен ко входу порогового элемента, выход которого подключен ко входу ключевого элемента, ключевой элемент включен в цепь питания блока управления, в блок защиты введены последовательно соединенные дополнительный ключевой элемент, источник запирающего напряжения, разделительные диоды, причем дополнительный ключевой элемент через разделительные диоды подключен к управляющим входам силовых ключей инвертора, источник запирающего напряжения плюсовым выводом подключен к минусовой шине источника питания, в блок управления введен токовый трансформатор, первичная обмотка которого использована в качестве датчика тока, вторичная обмотка подключена к управляющим входам силовых ключей, а дополнительная обмотка ко входу узла задержки повторного включения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что транзисторный конвертор отличается тем, что в блок защиты введены последовательно соединенные дополнительный ключевой элемент, источник запирающего напряжения, разделительные диоды, причем дополнительный ключевой элемент через разделительные диоды подключен к управляющим входам силовых ключей инвертора, источник запирающего напряжения плюсовым выводом подключен к минусовой шине источника питания, в блок управления введен токовый трансформатор, первичная обмотка которого использована в качестве датчика тока, вторичная обмотка подключена к управляющим входам силовых ключей, а дополнительная обмотка - ко входу узла задержки повторного включения.

Введение дополнительного ключевого элемента с последовательно соединенным источником запирающего напряжения позволяет при выключении блока управления ключевым элементом блока защиты исключить работу инвертора в автоколебательном режиме, тем самым устранить перегрузки по току силовых ключей инвертора и, таким образом, повысить надежность конвертора.

Кроме того, использование в качестве датчика тока токового трансформатора позволяет исключить датчик тока из входной силовой цепи, что повышает КПД конвертора.

Сравнение решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями показывает, что такие элементы, как разделительные диоды, дополнительный ключевой элемент и источник запирающего напряжения, известны, но введение перечисленных элементов в схему конвертора позволяет надежно выключать инвертор на силовых ключах, а подключение узла задержки повторного включения к дополнительной обмотке токового трансформатора позволило исключить датчик тока из входной силовой цепи, что приводит к снижению потерь мощности на датчике тока и повышению КПД конвертора.

На чертеже приведена схема предлагаемого конвертора. Конвертор содержит инвертор на силовых ключах 1, выходной выпрямитель 2 с фильтром 3, блок управления 4.

Блок защиты состоит из узла 5 задержки повторного включения, содержащего разделительный диод и накопительный конденсатор, порогового элемента 6 и ключевого элемента 7, дополнительного ключевого элемента 8 источника 9 запирающего напряжения, разделительных диодов 10. К выходу конвертора подключена нагрузка 11, выход узла 5 задержки повторного включения подключен ко входу порогового элемента 6, выход которого подключен ко входу ключевого элемента 7, ключевой элемент 7 включен в цепь питания блока 4 управления конвертором, к выходу порогового элемента 6 подключен также вход дополнительного ключевого элемента 8, который включен между разделительными диодами 10, подключенными ко входным цепям силовых ключей инвертора 1, и минусовым выводом источника запирающего напряжения 9, плюсовой вывод которого соединен с минусовой шиной источника питания. Ко входу узла 5 задержки повторного включения подключена дополнительная обмотка токового трансформатора инвертора 1.

Конвертор работает следующим образом. При нормальной нагрузке блок 4 управления через ключевой элемент 7 подключен к первичному источнику питания. Выходные сигналы блока 4 управления управляют силовыми ключами инвертора 1 и определяют частоту их работы. При возникновении перегрузки происходит увеличение тока через силовые ключи и соединенные с ними первичные обмотки токового трансформатора инвертора 1. При этом увеличивается напряжение на дополнительной обмотке токового трансформатора, подключенной ко входу узла 5 задержки повторного включения, что приводит к росту напряжения на накопительном конденсаторе узла задержки. Как только ток через силовые ключи превысит пороговое значение (предельно-допустимый ток), напряжение на дополнительной обмотке токового трансформатора и на конденсаторе узла 5 задержки повторного включения возрастет до порогового значения. При этом срабатывает пороговый элемент 6 и ключевой элемент 7, размыкаясь, отключает блок 4 управления от первичного источника питания. Работа блока 4 управления прекращается. Одновременно с этим сигнал с выхода порогового элемента 6 замыкает дополнительный ключевой элемент 8, который через разделительные диоды 10 подключает источник 9 запирающего напряжения к управляющим входам силовых ключей инвертора 1. Силовые ключи надежно запираются и работа инвертора 1 прекращается. Входной ток инвертора сразу после выключения инвертора 1 становится равным нулю и напряжение на обмотках токового трансформатора инвертора 1 становится равным нулю. Однако выключения порогового элемента не происходит, так как конденсатор узла 5 задержки повторного включения относительно медленно разряжается за счет малого входного тока порогового элемента 6. Процесс разряда через дополнительную обмотку токового трансформатора инвертора 1 исключается отсекающим диодом узла 5 задержки повторного включения.

После разрядки конденсатора, когда напряжение на нем становится ниже порогового, ключевой элемент 7 замыкается, а ключевой элемент 8 размыкается. При этом вновь попадает питание на блок 4 управления. Работа инвертора возобновляется и входной ток возрастает. Затем, если вновь входной ток превысит пороговое значение, то в результате последовательного срабатывания порогового 6, ключевого 7 и дополнительного ключевого элементов 8 происходит повторное выключение инвертора 1.

Таким образом, осуществляется релейно-пусковой режим работы конвертора с периодичностью, определяемой узлом 5 задержки повторного включения на протяжении всего времени перегрузки. После снятия перегрузки конвертор автоматически восстанавливает свою нормальную работу.

Таким образом, введение в схему конвертора дополнительного ключевого элемента и источника запирающего напряжения, а также исключение из входной силовой цепи датчика тока и использование в его качестве токового трансформатора позволило увеличить КПД инвертора, снизить перегрев ключевых элементов инвертора и повысить надежность конвертора.

Использование: вторичные источники электропитания. Сущность: устройство содержит инвертор 1, блок управления 4, блок защиты с узлом задержки повторного включения 5, пороговым элементом 6, ключевым элементом 7. Дополнительный ключевой элемент 8 источника запирающего напряжения 9 позволяет при выключении блоком управления 4 блока защиты исключить работу инвертора в автоколебательном режиме, что устраняет перегрузки силовых ключей инвертора 1. 1 ил.

Транзисторный конвертор, содержащий инвертор на силовых ключах, датчик тока в силовой цепи, выходной выпрямитель с фильтром, блок управления конвертором, блок защиты, состоящий из узла задержки повторного включения, порогового и ключевого элементов, причем выход узла задержки повторного включения подключен к входу порогового элемента, выход которого подключен к входу ключевого элемента, ключевой элемент включен в цепь питания блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД за счет полного выключения инвертора и использования в качестве датчика тока токового трансформатора, в блок защиты введены последовательно соединенные дополнительный ключевой элемент, источник запирающего напряжения, разделительные диоды, причем дополнительный ключевой элемент через разделительные диоды подключен к управляющим входам силовых ключей инвертора, источник запирающего напряжения плюсовым выводом подключен к минусовой шине источника питания, в блок управления введен токовый трансформатор, первичная обмотка которого использована в качестве датчика тока, вторичная обмотка подключена к управляющим входам силовых ключей, а дополнительная обмотка - к входу узла задержки повторного включения.