Трехфазный мостовой инвертор с широтно-импульсным управлением Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 

ю

О ср

4ii СП

Изобретение .относится к автоматике и преобразовательной технике и может быть использовано преимущественно для управления бесконтактными двигателями постоянного тока с широтно-импульсным способом управ ления.

Известен трехфазный мостовой инвертор с широтно-импульсшам управлением, содержащим ключи на составных транзисторах с пассивным эапира нием и блокирующими диодами и дополнительные диоды, препятствуювдае инверсному включению тиристоров Cl3. .

Недостаток этого инвертора заклю чается в наличии сквозного тока, обусловленного зарядом коллекторной емкости. .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является трехфазный. мостовой инвертор с широтно-импульс ным управлением, содержавши в каждой стойке моста последовательно соединенные первый и второй ключи на составном- транзисторе, состоящем из двух управляющих и одного силового транзистора, параллельно базо-эмиттерным переходам управляющих и силового транзисторов первого ключа, .силового и одного из .управляющих транзисторов второго ключа подключены цепи эапираннй, а параллельно бйловым выводам силовых транзисторов пер. вого и второго ключа подключены блог кирующие диоды t2.. - ; . Недостатком такого инвертора является увеличение массы и габаритов, а также понижение надежности из-за тепловых потерь на диодах, включенных во вторичные обмотки трансформаторов.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и повышение надежности путем исключения потерь от инверсного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном мостовом, инверторе с широтног-импульсным управг лением, содержащем в каждой стойке Mocta последовательно соединенные первый и второй ключи на составном транзисторе, состоящем из двух управляющих и одного силового транзисторов , параллельно базр-эмиттерным переходам управляющих транзисторов второго ключа подключены цепи, запк- ; рания, а параллельно.силовым выводам силовых транзисторов первого и второго ключей включены блокируквдие диоды, в первом ключе каждой стойки моста указанная цепь запирания выполнена в дополнительного тран- зистора, при этом коллектор и эмиттер дополнительного транзистьра соединены соответственно с базой и эмиттером силового транзистора первого ключа, а база через введенный

резистор - с коллектором того же силового транзистора, между базой и эмиттером которого включен конден- сатор.

На фиг. 1 представлена схема трехфазного инвертора с широтно-импульсным управлением на фиг. 2 эпюры напряжений и токов, иллюстри) рующие работу инвертора. .

Инвертор (фиг. 1 ) содержит три

О идентичных по структуре стойки 1-3 моста, последовательно соединенные ; первый (верхний по схеме) 4 и второй (нижний) 5 ключи. Каждый из ключей выполнен на составном транзисторе,

5 состоящем из двух управляющих транзисторов 6-9 двух типов проводимости и силового транзистора 10 (11).

В ключе 4 между базами и эмиттерами управляющих транзисторов б и 7

0 включены резисторы 12 и 13 для их пассивного запирания. В ключе 5 резистогы 14 и 15 того же назначени включены между базами и эмиттерами управляющего транзистора 9 и силового транзистора 11. Ключ 4 содержит дополнительный транзистор 16, коллектор и эмиттер которого соединены соответственно с базой и эмиттером силового транзистора база через введённый резистор 1 - с коллекторе транзистора 10. Между базой и эмиттером последнего BKJno4eH конденсатор 18. Меясду коллекторами и экмттерами силовых транзисторов 10 и 11 ключей 5 и 4 включены блркирукнцие

5 диоды 19 и 20, предназначенные для защиты транзисторов от перенапряжений, воз никаюьщх в результате действия ЭДС сакк нидукции. Кроме того, диод 19 служит для обеспечения

0 ; неразрывности, тока нагрузки в перио4 запирания ключа 5 при наличии на его входе широтно-импу;льсного сигнала.

Входами инвертора являются входы

ключей стоек 1-3 моста. К выходу

инвертора (в диагонали моста ) в качестве нагрузки подключается секция обмоток якоря бесконтактного двигателя постоянного тока. Питание инвертора осуществляется от источника постоянного тока (не показан )..

На фиг. 2 принятыследующие обозначения:

о( - управлякздее напряжение на верхнем ключе 4;

5- управляющее напряжение на нижнем ключе 5 в режиме. ШИМ;

6- коллекторный ток дополнительного тра нзйстора 16}

0 - базовый ток силового транзистора 10

д- напряжение на коллекторе силового транзистора 1-0; е- базовый ток дополнительного транзистора 16f - напряжение между базой и эмит, тером ейловогчэ транзистора 10} . 3 - фазовое напряжение на нагрузкеj и - :фазовый ток нагрузки. .; : Рабрта инвертора в :режиме ШИМ .Осуществляется при комм тации . ;вых ключей стоек на основной частоте, а вторых их ключей на повышэнной частоте ре1 ул1фования с Ш в интерв але импульса основной часто /При этсж существунлцив упр1авляю;|цие импульсы поступают- на верхний 4 и НИЖНИЙ 5 кл1(чн стойки 1 моста (фиг. 2а,б). В момент времени отКЕвяваются транзисторы 8,)9,11 и происходи т/заряд коллекторной емкости {Сц)сйловрго транзистора 10 через конденсатор IS и отк р 2тигй Допо1дните шли транзистор 16, которые ШУНТ1ФУют базу сияового транзистора 10, обеспечивая его . состояние. В интервале BpeMeuHt - tg допо кительный тpaнзй 5тop 16 находится в на сЕшеннсм состояний и ;в силу ма:лостй остат : чного нал| яжения на нем .Обеспечивается запирание ;сйлового транзистора 10. В момент рёмени t2 траизйстбры :в;9г11:зак1: а1атся и ток активно ИНДУКТИВНО нагрузкиi обусловленшзЁй ЭДС самриндХкй;ии {начинает протек&т через блокйруЙЕйий W ;ток при сойтветствутачвм выборе час .трты широтно-модулированных импуль; совг за интервал; времени t j - tj :практически не иэмеийется. При этом |Л1адей1{е; напряжения на блокируюа ем диоде 19 нечвызываё инверсного ; вк чения транзистора. 10, как aicpcJiufiдополнительный ранзист р 16 препятствует протека йи«1 тока & базу силового транзистора 10. Одновременно в момент времен rtj 1фЬясходит йереэаряд.коллекторно еаикрсти (е (j через конденсат&р 18, величина которого вь бираеТся из i соотношения. GicCUn S) ;гдв Uj| - напряжение питания} ; Ug дpnyctймoe обратное напря ж&аке M&Kjaiy базой И Э1«1ттером сило эого транзисторна 10, которое выво :дится из об1цих положений теории зл трическнх цепей. 1 При этом обеспечивается безопасное запирание напряжения на базе сш1ового транзистора. 10 (фиг. 2ж). В мсялент времени t транзисто %1 8,9 ill открываются и происходит заряд коллекторной ё 4крсти С силового .транзистора 10 через конденсатор 18 я. открыва1ои91й дополнительный тран;3истор 16, которые шунтируют перехо .база-эмиттер силового транэистора В момент времени t прекращается ействие управляющего импульса на входе ключа 5 и наступает пауза в течение времени, равного половине длительности импульса, во время которой обеспечивается насыщение дополнительного транзистора 16 током, протёкакяцим с плюсовой шины через резисоор 17, переход база-эмиттер дополнительного транзистора 16, нагрузку и ключи двух других стоек моста в минусовую шину инвертора. В момент времени t открываются транзисторы 6j7 и ток с плюсовой имны через конденсатор 18 дЬполнительный транзистор 16 и базу силового транзистора 10 начинает протекать в нагрузку (фиг.. )я через ключи двух других сТоек - в минусовую шину. При этом ток включения ограничивается индуктивностью нагрузки. Так как дополнительный транзистор 16 в насыщенном состоянии имеет небольшое сопротивление, то при нарастании тОка на нем увеличивается падение напряжения, которое прикладывается к база-эмиттеру силового транзистора 10 в результате чего nocJIeдний открьФается, напряжение Между его коллектором и эмиттером начинает уменьшаться. Это приводит к закЕалванйю дополнительного транзис}тора 16 и в дальнейшем весь коллекторный трк управляющего транзистора 7 протекает через переход база-эмиттер силового транзистора 10 (фиг.2г). В следух1щий момент времени .t. i снимается управляющий сигнал с KJHOча 4, ток через управлякяцие транзисторы 6 и 7 прекращается, начинает закрываться силовой транзистор 10, напряжение на его коллекторе растет/ дополнительный транзистор 16 открывается и переходит в режим насыще-. ния. Время перехода дополнительного транзистора 16 и закрывания силового транзистора 10 сокращается за счет неизменности коллекторного тока силового транэястрра 10 при его закрывании, что связано с инду тивным характером нагрузки. Напряжение между коллектором и эмиттером силового транзистора 10 изменяется в соответствии с фиг. 2д. Работа других двух стоек моста аналогична описанной. Таким образом, введение новых элементов при указанном их соединении позволяет осуществить шунтирование перехода база-эмиттер силового транзистора верхнего ключа кажДой стойки моста при перезарядке eMkocTH коллекторного перехода С , а,также обеспечить закрытое состояние силового транзистора при отсут- ,ствии управляющего импульса, а тем аыым исключить сквозные токи через

«ойки при минимально возможны массе и габаритаз инвертора за счет отказа от применения индуктивных элементов (трансформаторов, дроссеЯейу). Кроме того/ достигают повышений КПД за счет исключения иэ схекы инвертора дополнительных диодов,

повыьюния надёжности исключения тепловых потерь, а также обеспечения более экономического режима работы по входу силовых транзисторов верхних ключей етйек моста. Дополнительно обеспечиваются лучшие условия ДЛИ микроминиатюризации.

04