Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1983 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к преобразовательной, полупроводниковой технике, а более конкретно к регуляторам напряжения постоянного тока на основе широтио-импульсного преобразования напряжения с помощью по лупроводниковых .элементов, и может быть использовано в электроприводе и системах электроснабжения различного назначения. Известны преобразователи постоян ного напряжения в постоянное,соде|эжащее силовой тиристор, коммутирующее устройство, состоящее из ком мутирующего или гасящего тиристора, зарядного тиристора и коммутирущего конденсатора 1), 2. Однако преобразователи характеризуются ограниченными пределами регулирования и относительно невысокой частотой коммутаций. Эти недостатки вызваны тем, что процесс восстановления коммутирующего устройства по длительности соизмерим с периодом коммутаций, так как разряд коммутирующего конденсатора про исходит через нагрузку. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий силовой тиристор и коммути рующее устройство, состоящее из зарядного тиристора, анод которого соединен с анодом силового тиристор и с входным выводом для подключения плюса источника питания, а катод одним выводом зарядного дросселя, коммутирующего тиристора, катод которого соединен с катодом силового тиристора, а анод - с другим выводом заряд ного дросселя и одной обкладкой ком мутирующего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с входным выводом для подключения минуса источника питания. Такой преобразователь работает следующим образом. Открывается зарядный тиристор, происходит заряд коммутирующего конденсатора до напряжения несколько большего напряжения источника питания вследствие наличия дросселя в цепи заряда конденсатора. При уменьшении зарядного тока до величины меньшей тока удержания зарядный тиристор закрывается, т.е. восстанавливает свои запирающие свойства. Когда открывается силовой тиристор, рабочий ток протекает через него и через нагрузку. В момент времв ни,, когда необходимо закрыть силовой тиристор,открывается коммутирующий тиристор. Коммутирующий конденсатор оказывается подключенным параллельно нагрузке и разряжается на нагрузку через коммутирующий конденсатор. Следующий такт работы может быть начат в момент, когда ток разряда коммутирующего конденсатора станет меньше тока удержания и коммутирующий тиристор закроется. Такой регулятор позволяет получать малое среднее значение выходного напряжения, так как заряд коммутирующего конденсатора может быть осуществлен до момента открытия силового тиристора, поэтому закрытие силового тиристора можно осуществлять в любой момент периода коммутации, начиная с момента окончания открывающего импульса управления, поданного на силовой тиристор 3j. Недостатком преобразователя является невозможность получить значения выходного напряжения, близкого по величине к напряжению источника питания при сохранении высокой частоты коммутации, так как на восстановление коммутационных свойств коммутирующего устройства необходимо время, соизмеримое по длительности с периодом коммутаций, при частоте переключений максимально допустимых для тиристоров. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения при максимальной частоте переключения тиристоров и увеличение частоты коммутаций выходного напряжения. Указанная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий силовой Тиристор и коммутирующее устройство, состоящее из зарядного тиристора, анод которого соединен с анодом силового тиристора и с выходным выводом для подключения плюса источника питания, а катод - с одним выводом зарядного дросселя, коммутирующего тиристора, катод которого соединен с катодом силового тиристора, а анод - с другим выводом зарядного дросселя и одной обкладкой коммутирующего коненсатора, вторая обкладка которого соединеь;а с входным выводом для подключения минуса источника питания, дополнительно введены второй силовой тиристор, анодом под- . ключенный к аноду первого силового тиристора, второе коммутирующее устройство, выполненное и подключенное аналогично первому к второму силовому тиристору, и устройство форсированного заряда коммутирующих конденсаторов, состоящее из двух разрядных тиристоров, анод каждого из которых соединен с катодом соответствующего силового тиристора, а катод соединен с одним из концов обмотки дросселя форсированного заряда , второй конец которого соединен с входным выводом для подключения минуса источника питания, и двух развязывающих диодов, анод каждого из которых соединен с катодом соответствующего силового тиристора, их катоды объединены, а общая точка соединения подключена к одному выходному выводу для подключения нагрузки, а через обратный диод - к второму выходному выводу и второму концу дросселя форсированного заряда.

На фиг.1 приведена электрическая схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное; на фиг.2временные диаграммы включения тиристоров . .

ПреобразоваТель (фиг. 1) содержит силовые ти|3исторы 1 и 2, коммутирующие тиристоры 3 и , зарядные тиристоры 5 и 6,коммутирующие конденсаторы 7 и 8, дроссели 9 и 10, тиристоры 11 и 12 и дроссель 13 форсированного разряда, развязывающие диоды 14 и

15,обратный диод 16 и нагрузку 17. Перечисленные элементы связаны между собой следующим образом. Аноды силовых тиристоров 1 и 2 и разрядных тиристоров 5 и 6 соединены между собой и подключаются к плюсовой клемме источника питайия. Катод каждого из силовых тиристоров Т и 2 подключен

к аноду соответствующего развязывающего диода 14 и 15. Катоды развязывающих диодов 14 и 15 соединены между собой и с катодом обратного диода

16,который подключен параллельно .нагрузке 17, но в обратном направлении.

Катод каждого из зарядных тиристоров 5 и 6 подсоединен к одному выводу зарядного дросселя 9 и 10 соответственно, вторые выводы зарядных дросселей 9 и Ю соединены: вывод дросселя 9 с айодом коммутирующего тиристора 3 и одной обкладкой коммутирующего конденсатора 7i вывод дросселя 10 с анодом коммутирующего TViристора 4 и одной обкладкой коммутирующего конденсатора 8. Катоды коммутирующих тиристоров 3 и 4 соединены с катодами силовых тиристоров 1 и 2 соответственно.

К анодам развязывающих.диодов 14 и 15 подсоединены аноды тиристоров 11 и 12 форсированного разряда соответственно, а катоды тиристоров 14 и 15 соединены между собой и с одним из выводов дросселя 13 форсированного разряда.

Вторые обкладки коммутирующих конденсаторов 7 и 8, второй вывод дросселя 13 форсированного разряда и нод обратного диода 16 ,подключенного параллельно нагрузке 17,но в обратном направлении,соединены между собой и подключены к минусовой клемме источника питания.

На фиг.2 имеют место следующие обозначения: LТу.- ток управления , п - номер тиристора; iTy,- ток протекающий через п-й тиристор; i - ток в нагрузке 17; t. ,. (, моменты .времени.

Преобразователь коммутации тиристоров работает следующим образом.

При открытии зарядного тиристора 5 происходит заряд коммутирующего конденсатора 7. По окончании заряда конденсатора 7 тиристор 5 закрывается. Затем открывается силовой тиристор 1, через нагрузку 17 протекает ток.

Через определенное время, не превышающее половину периода коммутации силового тиристора 1, открывается коммутирующий тиристор 3. Начинается .разряд коммутирующего конденсатора 7 через нагрузку 17. Силовой тиоистор .1 закрывается.

Интервал времени между моментами открытия тиристоров 1 и 3 определяется системой управления регулятора. После тиристора 3 через интервал времени, равный времени надежного закрытия силового тиристора 1, открывается тиристор 11. Происходит форсированный разряд конденсатора 7 по цепи, содержащей коммутирующий тиристор 3, тиристор 11 форсированного разряда и дкюссель 13 форсированно го разряда .По окончании, форсированного разряда конденсатора 7 тиристоры 3 и 11 закрываются.

Независимд от этих прсщессов через интервал времени, равный половине периода коммутации силового тиристора 1 с момента открытия тиристора 5 открывается тиристор 6, происходит заряд конденсатора 8. По окончании заряда конденсатора 8 тиристор б закрывается. Спустя половину периода коммутации с момента открытия тиристора 1 открывается силовой тиристор 2f через нагрузку 17 протекает ток. Это второй импульс тока через нагрузку 17 за один период коммутации одного силового тиристора (1 или 2).

Затем открывается коммутирующий тиристор , причем интервал времени между открытиями тиристоров 2 и равен интервалу времени между открытиями тиристоров 1 и 3 определяется системой управления регулятора. Происходит закрытие тиристора 2 После открытия тиристора k через интервал времени, равный времени надежного закрытия силового тиристора 2, открывается тиристор 12 форсированного разряда конденсатора 8. Конденсатор 8

тиристоры 4 и 12 закрыр аряжается, ваютхся.

Закончился один период коммутации силового тиристора; В дальнейшем от..крывается тиристор 5 . весь процесс повторяется.

Таким образом, для восстановления запирающих свойств силовых тиристоров 1 и 2 и разряда коммутирующих конденсаторов 7 и 8 может предоставляться время, близкое к половине периода коммутации силового тиристора. При / этом частота импульсов Тока в нагрузке в два раза выше, чем частота коммутаций каждого силового тиристора, временные интервалы между импульсами тока в нагрузке могут изменяться от значений, близких к периоду следования этих импульсов до нуля.

Таким образом, в отличие от прототипа предлагаемое устройство дает возможность при максимальной частоте переклчЮения тиристоров осуществлять регулирование среднего значения напряжения на нагрузке практически от очень малых значений до напряжения источника питания при увеличении удвоении; частоты коммутаций выходного напряжения.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий силовой тиристор и коммутирующее .устройсдво, состоящее из зарядного тиристора, анод которого соединен с анодом силового тиристора и с входным выводом для подключения плюса источника 1итания, а катод - с одним выводом зарядного дросселя, коммутирукйцего тиристора, катод которого соединен с катодом силового тиристора, 3 анод- с другим выводом зарядного дроеселя и одной обкладкой коммутирующего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с входным выводом ДГ1Я подключения минуса источника |Тания, о т л и ч а Ю щ и и с .я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения при максимальной частоте переключения тиристоров и увеличения частоты коммутаций выходного напряжения, в него дополнительно введены второй силовой тиристор, анодом подключенный к аноду первого силового тиристора, второе коммутирующее , устройство, выполненное и подключенное аналогично первому к второму силрво 1у тиристору, . и устройство форсированного заряда ком;мутирующих конденсаторов, состоящее из двух разрядных тиристоров, анод каждого из которых соединен с катодом соответствующего силового тиристора, а катод соединен содним изконцЬв обмотки дросселя форсированного заря- (Л да, второй конец которого соединен с входным выводом для подключения минуса источника питания, и двух развязывающих диодов, анод каждого из которых соединен с катодом соответствующего силового тиристора, их катоды объединены, а общая точка соер р динения подключена к одному выходному выводу для подключения нагруз о D1 ки, а через обратный диод - к второму выходному выводу и второму концу дросселя форсированного заряда. 4

fpue i

ii/TS iyTf

. ti/T3

iyrn

гуТб 1уП

-in

ign

igm

in

фиг.2