Электронный коммутатор постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК H03K17/56 

Ф

С32 4

САЭ Электронный коммутатор постоянного тока относится к импульсной технике и в частности, М9жет быть использован в источниках питания ламп накачки лазеров. Известны устройства для электронной коммутации нагрузок большой мощности, вьтолненные, например с применением тиристоров. Известно устройство с трансформатором сброса избыточной энергии в источник питания, обладагадее высоким КПД, в котором первичная обмотка тран сформатора сброса подключена через диод к дросселю, а вторичная обмотка через второй диод - к источнику питания. Недостатком устройства является невозможность эффективного ограничения напряжения на коммутирующем конденсаторе . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является элек тронный коммутатор постоянного тока, содержащий соединенные последовательно с нагрузкой дроссель и силовой тиристор, узел принудительного запирания которого вьтолнен в виде тиристорного моста, первая диагональ которого подключена параллельно силовому тиристору и нагрузке, во вторую диагональ включены согласно первичные обмотки квук трансформаторов сброса последовательно с включеннь между ними конденсатором, калдсрлй вывод кото рого подключен через диод к первому входному зажиму, а вторичные обмотки трансформаторов сброса соединены согласно, параллельно и подключены через двухполупериодный вьшрямитель к первб му и второму входным зажимам. . Недостатком является то, что в ука занном коммутаторе затруднено существенное увеличение предельной рабочей частоты при сохране1{ии высокой нагрузочной способности и малых габаритов и массы. Целью изобретения является увеличе ние предельной рабочей частоты коммутатора при сохранении высокой нагрузоч ной способности и мальпс габаритов и массыУказанная цель достигается тем., чт в электронном коммутаторе постоянного тока, содержащем соединенные последовательно с нагрузкой дроссель и силовой тиристор5 узел принудительного запирания которого выполнен виде тиристорного моста, первая диагональ которого подключена параллельно силовому тиристору и нагрузке, во вторую диагональ включены согласно первичные обмотки двух трансформаторов сброса последовательно с включенным между ними конденсатором, каждый вывод которого подключен через диод к первому входному зажиму, а вторичные обмотки трансформаторов сброса соединены согласно, параллельно и подключены через двухползтпериодный вьшрямитель к первому и второму входным зажимам, введены два диода, дроссель разделен на две части, одна из которых включена между первьм входным зажимом и силовым тиристором, а другая включена между вторым входным и нагрузкой, при. этом каждый вывод конденсатора подключен через введенный диод ко второму входному зажиму. Кроме того, части дросселя выполнены с магнитной связью. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Электронный коммутатор содержит части 1, 2 дросселя и силовой тиристор 3, с помощью которьж нагрузка 4 подключена к источнику питания. Для закрьтания тиристора 3 предназначен узел принудительного запирания, выполненньй в виде моста на тиристорах 5 - 8 и конденсаторе 9. Дпя сброса избыточной энергии предназначены трансформаторы 10, И, у которых первичные обмотки подключены через диоды 12, 13 к части 1 дросселя, через диоды 14, 15 - к части 2 дросселя, а вторичные обмотки подключены через двухползшериодный выпрямитель 16 к источнику питания 17 с напряжением Е у,. Коммутатор работает следукщим образом, В исходном состоянии все тиристоры и диоды закрыты, конденсатор 9 заряжен до напряжения U „ „ с полярностью покйзанной знаками ч- и - без скобок. При подаче управляищего сигнала на тиристор 3 он опирается и подключает нагрузку 4 через части 1, 2 дросселя к источнику питания. Ток через нагрузку 4 возрастает до значения, определяемого напряжением источника питания с сопротивлением нагрузки. При подаче утгравлякщих сигналов а тиристоры 7, 8 они отпираются и одключают конденсатор 9 через первичные обмотки трансформаторов 10, 11 к тиристору 3.

В этот момент вторичные обмотки трансформаторов 10, 11 через выпрямитель 16 нагружаются на источник питания, и начинается процесс сброса избыточной энергии.

Поскольку к тиристору 3 прикладывается запирающее напряжение, он закрывается , Конденсатор 9 перезаряжается до напряжения источника питания и далее стремится перезарядиться до более высокого напряжения за счет энергии, запасенной в частях 1, 2 дросселя. Однако в этот момент (полярность напряжения на .конденсаторе показана знаками + и - в скобках) открывшиеся диоды 13, 14 препятствуют дальнейшему нарастанию напряжения на конденсаторе 9. В этот момент напряжение на частях 1,2 дросселя переполюсовьгоается (полярность показана на фиг. ), ток части 1 дросселя замыкается по цепи часть 1 дросселя - диод 13 - первичная обмотка трансформатора 11 - тиристор 7 - часть

1дросселя, а ток части 2 дросселя замь1кается по цепи; часть 2 дросселя - тиристор 8 - первичная обмотка трансформатора 10 - диод 14 ч часть

2дросселя. Ток конденсатора 9 спадает до нуля. Процесс сброса продолжается. Напряжение на частях 1,2 Дросселя ограничивается на уровне, равном падению напряжения на первичных обмотках трансформаторов 11 и 10

соответственно.

Процесс сброса заканчивается при уменьшении тока в частях 1, 2 дросселя до нуля, тиристоры 7, 8, диоды 13,14 и вьшрямитель 16 закрьгоаются.

Следующий такт работы коммутатора начинается при подаче зшравляющего сигнала на силовой тиристор 3. Процессы в схеме повторяются аналогично

описанным. Отличие состоит в том, что конденсатор 9 заряжен до напряжения источника питания с полярностью, указанной знаками + и - в скобках, а вместо тиристоров 7, 8 включаются тиристоры 5, 6. Направление тока в конденсаторе 9 противоположно существовавшему в предыдущем такте работы устройства, а сброс избыточной энергии осуществляется через диоды 12, 15.

В данном коммутаторе сброс избыточной энергии осуществляется через оба трансформатора 10, 11 одновременно, причем каждый трансформатор сбрасывает энергию с части 1 или 2 дросселя . При этом время сброса уменьшается по сравнению с известным устройством. Наибольшее уменьшение времени сброса достигается при равенстве индуктивностей частей 1 и 2 дросселя. В этом случае время сброса уменьшается вдвое.

Нагрузочная способность коммута5тора не ухудшается, так как падение напряжения на первичных обмотках трансформаторов 10, 11 сохраняет свое значение.

Габариты и масса устройства не

0 возрастают, так как величина сбрасываемой энергии остается неизменной. При этом диоды 12 - 15 имеют меньш то установленн5то мощность вследствие уменьшения длительности процесса сбро5са, а габариты и масса дросселя не возрастают вследствие магнитной связи между частями 1,2.

Таким образом, введение двутс дио дов, разделение на части дросселя и их указанное включение обусловливают увеличение предельной рабочей частоты устройства при сохранении высокой нагрузочной способности и малых габаритов и массы. Наивысшее увеличение

5

предельной рабочей частоты равно двум.

4.

1. ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий соединенные последовательно с нагрузкой дроссель и силовой тиристор, узел принудительного запирания которого вьтолнен в виде тщзисторного моста, первая диагональ которого подключена параллельно силовому тиристору и нагоузке, во вторую диагональ включены согласно первичные обмотки двух трансформаторов сброса последовательно с включенными между ними конденсатором, каждый вьшод которого подключен через диод к.первому входному зажиму, а вторичные обмотки трансформаторов сброса соединены согласно, параллельно и подключены через двухполупериодный выпрямитель к первому и второму входным зажимам, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью увеличения предельной рабочей частоты при сохранении высокой нагрузочной способности и малых габаритов и массы, в него введены два диода, дроссель разделен на две части, одна из которых включена между первым входным зажимом и силовым тиристором, а вторая , включена между вторым входным зажимом и нагрузкой, при этом каждый вывод конденсатора подключен через введённый диод ко второму входному зажиму. 2. Коммутатор по п.1, о тл и ч а- СЛ ю щ и и с я тем, что дросселя выполнены с магнитной связью.