ДВУНАПРАВЛЕННОЕ УСТРОЙСТВО ОБНУЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ КВАЗИРЕЗОНАНСНОГО ТИПА Российский патент 2020 года по МПК H02M1/34 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии.

Одним из способов повышения надежности и КПД, улучшения ЭМС преобразователей электроэнергии, является коммутация их силовых ключей при нулевом напряжении (Zero-Voltage-Switching (ZVS)) [1]. Для реализации выключения силового ключа при нулевом напряжении используют конденсатор, подсоединенный параллельно силовому ключу, перехватывающий на себя ток силового ключа в процессе его выключения и ограничивающий скорость нарастания напряжения на силовом ключе. Однако наличие этого конденсатора влечет за собой необходимость его предварительного разряда перед включением силового ключа. Одним из способов указанного разряда является применение Устройства Обнуления Напряжения.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому решению и взятым за прототип является Устройство Обнуления Напряжения квази-резонансного типа (далее - Устройство) [1], состоящее из дросселя, автотрансформатора (далее - AT), первого ключа, первого, второго и третьего диодов, первого и второго источников напряжения, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке AT, второй вывод дросселя является первым выводом Устройства, первый вывод AT подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа является вторым выводом Устройства, второй вывод AT подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода является третьим выводом Устройства, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу AT, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода.

Недостатком такого Устройства вляется однополярный режим работы - обнуление напряжения либо на верхнем ключе ПМ (подъем напряжения на средней точке ПМ), либо на нижнем ключе ПМ (спад напряжения на средней точке ПМ). Соответственно, если есть необходимость реализации обоих режимов работы, то требуется применение двух таких Устройств. Это не позволяет максимально повысить надежность и снизить массо-габариты вследствие появления функционально дублирующих друг друга элементов - дросселя, АТ-ра и двух диодов цепи размагничивания AT.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы и снижение массо-габаритов Устройства.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается за счет того, что в Устройство обнуления напряжения квази-резонансного типа, состоящее из дросселя, AT, первого ключа, первого, второго и третьего диодов, первого и второго источников напряжения, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке AT, второй вывод дросселя является первым выводом Устройства, первый вывод AT подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа является вторым выводом Устройства, второй вывод AT подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода является третьим выводом Устройства, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу AT, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода, введены второй ключ и четвертый диод, причем второй ключ подключен антипараллельно второму диоду, четвертый диод подключен антипараллельно первому ключу, а обмотки обоих плеч AT содержат одинаковое количество витков.

Таким образом получается Двунаправленное Устройство Обнуления Напряжения квази-резонансного типа (далее - Двунаправленное Устройство)

Сущность изобретения поясняется рисунком (fig. 1), на котором представлена схема Двунаправленного Устройства, осуществляющего обнуление напряжения как на верхнем, так и на нижнем силовых ключах ПМ.

Элементы схемы, не меняющие сущность изобретения, не показаны. Двунаправленное Устройство 1 состоит из: дросселя 2, AT 3, первого ключа 4, первого 5, второго 6 и третьего 7 диодов, первого 8 и второго 9 источников напряжения, например, конденсаторов с разрядными резисторами, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке AT, второй вывод дросселя, являющийся первым выводом Двунаправленного Устройства, подсоединен к средней точке ПМ 10, первый вывод AT подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа, являющийся вторым выводом Двунаправленного Устройства, подсоединен к шине DC+, второй вывод AT подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода, являющийся третьим выводом Двунаправленного Устройства, подсоединен к шине DC-, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу AT, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода, введенных второго ключа 11 и четвертого диода 12, причем второй ключ подключен антипараллельно второму диоду, четвертый диод подключен антипараллельно первому ключу, а обмотки обоих плеч AT содержат одинаковое количество (по N) витков.

Работа Двунаправленного Устройства, работающего в режиме обнуления напряжения на верхнем ключе ПМ (подъем напряжения на средней точке ПМ) повторяет работу Устройства [1]. Работа Двунаправленного Устройства, работающего в режиме обнуления напряжения на нижнем ключе ПМ (спад напряжения на средней точке ПМ), аналогична по сути, только теперь функцию первого ключа выполняет второй ключ, функцию второго диода - четвертый диод, а первый и третий диоды меняются функциями.

Если требуется дополнительная фиксация состояния обнуленного напряжения на ключе ПМ на небольшой интервал времени (например, чтобы успеть включить этот ключ при нулевом напряжении), то это можно осуществить остаточным током дросселя, который будет протекать через антипараллельный диод ключа ПМ, если непосредственно до начала изменения напряжения на средней точке ПМ разогнать ток в дросселе путем задержки выключения ранее включенного другого ключа ПМ после включения соответствующего ключа Двунаправленного Устройства.

Повышение надежности работы и снижение массо-габаритов Двунаправленного Устройства для условия обеспечения разнонаправленных режимов работы обеспечивается сокращением общего количества элементов при замене двух Устройств прототипа [1] одним заявляемым Двунаправленным Устройством: количество трансформаторов и дросселей уменьшается в 2 раза (с (1+1)×2 до (1+1)×1), количество диодов - на 2 (с (3+3) и до 4).

Таким образом, анализ известных технических решений показал, что предложенное техническое решение проявляет новые свойства, заключающиеся в повышении надежности работы и снижение массо-габаритов при переходе к Двунаправленному Устройству.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Заявка на изобретение №2020107965/07(012869) от 25.03.2020, «УСТРОЙСТВО ОБНУЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ КВАЗИ-РЕЗОНАНСНОГО ТИПА», Данилов О.А. (RU), Иванов А.Л. (RU), Семенов А.Н. (RU), Шепелин Ан.В. (RU).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности работы и снижении массогабаритных характеристик двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа. Изобретение представляет собой двунаправленное устройство обнуления напряжения квазирезонансного типа, состоящее из дросселя, автотрансформатора, первого и второго ключа, первого, второго, третьего и четвертого диодов, первого и второго источников напряжения, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке автотрансформатора, второй вывод дросселя является первым выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, первый вывод автотрансформатора подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа является вторым выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, второй вывод автотрансформатора подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода является третьим выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу автотрансформатора, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода, второй ключ подключен антипараллельно второму диоду, четвертый диод подключен антипараллельно первому ключу, а обмотки обоих плеч автотрансформатора содержат одинаковое количество витков. 1 ил.

Двунаправленное устройство обнуления напряжения квазирезонансного типа, состоящее из дросселя, автотрансформатора, первого ключа, первого, второго и третьего диодов, первого и второго источников напряжения, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке автотрансформатора, второй вывод дросселя является первым выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, первый вывод автотрансформатора подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа является вторым выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, второй вывод автотрансформатора подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода является третьим выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу автотрансформатора, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода, отличающееся тем, что введены второй ключ и четвертый диод, причем второй ключ подключен антипараллельно второму диоду, а четвертый диод подключен антипараллельно первому ключу, а обмотки обоих плеч автотрансформатора содержат одинаковое количество витков.