Бесконтактное коммутационное устройство Советский патент 1984 года по МПК H03K17/64 

00 00

САЭ Од 00

2. Устройство non.t, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, в него дополнительно введен четвертый

диод, анод которого соединен с анодом первого диода, а катод - с вторым выводом первой обмотки магнитного реактора.

1. БЕСКОНТАКТНОЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее управляе й.1й электронный ключ, последовательно с выходной цепью которого и шинами источника питания включена индуктивная нагрузка, магнитный реактор, первая обмотка которого первым выводом соединена через индуктивную нагрузку с первой шиной источника питания, вторая первым выводом - с второй пшной источника питания и первой обкладкой первого конденсатора, а вторым выводом - с анодом первого диода, отличающееся тем, что, с. целью повышения КПД и надежности, в него дополнительно введены второй и третий диоды и второй конденсатор,причем вторая обкладка первого конденсатора соединена с анодом второго диода, катод которого подключен к второму выводу первой обмотки магнитного реактора, катод первого диода через «i второй конденсатор соединен с первым выводом первой обмотки магнитного реактора и через третий диод - с второй обкладкой первого крнденсатопя.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в силовой полупроводниковой преобразо вательной технике. Известно бесконтактное устройств содержащее силовой управляемый ключ последовательно с выходной цепью ко торого включена индуктивная нагрузка, а параллельно выходной цепи соединенные последовательно конденсатор и диод, зашунтированный резис тором Ci . Недостаток известного устройства низкий КПД из-за потерь в резисторе По технической сущности наиболее близким к изобретению является бесконтактное коммутационное устройств содержащее управляемый электронный ключ, последовательно с выходной цепью которого и шинами источника питанин включена индуктивная нагрузка магнитный реактор, первая обмотка которого первым вьшодом соединена через индуктивную нагрузку с первой шиной источника питания, вторая обмотка первым выводом - с второй шиной источника питания и первой обкладкой первого конденсатора, а вторым выводом - с анодом первого диодаС2. Недостатком этого устройства явля ется наличие кратковременных выбросов напряжения на запиракндемся силовом управляющем ключе из-за наличия потока рассеяния обмоток магнитного реактора, что ведет к увеличению коммутационных потерь энергии и снижению надежности. Цель изобретения - повышение КПД надежности. С этой целью в бесконтактное коммутационное устройство, содержащее управляемый электронный ключ, последовательно с выходной цепью которого и шинами источника питания включена индуктивная нагрузка, магнитный реактор, первая обмотка которого.пер- вым выводом соединена через индуктивную нагрузку с первой шиной источника питания, вторая обмотка первым выводом - с второй шиной источника питания и первой обкладкой первого конденсатора, а вторым выводом - с анодом первого диода, дополнительно введены второй и третий диоды и второй конденсатор, причем вторая обкладка первого конденсатора соединена с анодом второго диода, катод которого подключен к второму выводу первой обмотки магнитного реактора, катод первого диода через второй конденсатор соединен с первым выводом первой обмотки магнитного реактора и через третий диод - с второй обкладкой первого конденсатора. Кроме того, дополнительно введен четвертый диод, анод которого соединен с анодом первого диода, а катод с вторым выводом первой обмотки магнитного реактора. На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства для первого варианта исполнения} на фиг.2 т второй вариант исполнения предложенного устройства при бестрансформаторной схеме включения-нагрузки. Устройство содержит шины 1 и 2 источника питания, индуктивную нагрузку 3, силовой управляемый ключ 4, магнитный реактор 5 с первой и второй обмотками 6 и 7, диоды 8... 10, конденсаторы 11 и 12, четвертый диод 13, третью обмотку 14 и коммутирующую обмотку 15 магнитного реактора. Индуктивная нагрузка выполнена на элементах 16-18. В устройстве (фигЛ) между шинами 1 и 2 включены соединенные последовательно индуктивная нагрузка 3 и силовой управляемый ключ 4. Нагрузка представлена первичной обмоткой трансформатора (элемент 16), у которого вторичная обмотка подключена к 310 активной (энергопотребляющей) части нагрузки (элемент 17) через коммутирующий диод (элемент 18). В устройстве имеется .магнитньй реактор 5, содержащий первую обмотку 6 и вторую обмотку 7. Начало первой обмотки 6 соединено с катодом первого диода 8,а конец второй обмотки 7 - с анодом второго диода 9. Первая обмотка 6 магнитного реактора 5, первый диод 8, третий диод 10, второй диод 9 и вторая обмотка 7 магнитного реактора 5 соединены последовательно и образуют первую последовательную цепь, подключенную парал лельно выходной цепи силового управляемого ключа 4. В этой последовательности цепи обмотки 6 и 7 включены согласно, также в одном направлении (согласно) включены диоды 8, 10 и 9. Первый конденсатор 11, третий диод; 10 и второй конденсатор 12 соединены последовательно и образуют вторую последовательную цепь, также под ключенную параллельно выходной цепи силового управляемого ключа 4, Между началом первой обмотки 6 магнитного реактора 5 и концом второй обмотки 7 включена цепь с вентильной проводимостью, выполненная в виде четвертого диода 13, шунтирующая соединенные последовательно диоды 8, 10 и.9. в устройстве (фиг.2) индуктивная нагрузка 3 содержит соединенные последовательно обмотку дросселя и активную часть нагрузки, причем соединенные последовательно элементы 16 и 17 нагрузки 3 щунтированы коммутирующим диодом (элемент 18). , В магнитный реактор 5 введены третья обмотка 14 и коммутирующая обмотка 15. Третья обмотка 14 и четвертый диод 13 соединены последовательно и образуют цепь с вентильной проводимостью, включенную между началом первой обмотки 6 магнитного реактора 5 и концом второй обмотки 7 Витки коммутирующей обмотки 15 включены в схеме последовательно с выход ной цепью силового управляемого 4 между электродом выходной цепи силового управляемого ключа и выводом нагрузки 3. Принцип действия устройства, схема которого представлена на фиг.1, состоит в следующем. 3 При отпирании силового управляемого ключа 4 начинается разряд конденсатора 11 по контуру: диод 8, обмотка 6, ключ 4 и разряд конденсатора 12 по контуру: ключ 4, обмотка 7, диод 9. В процессе разряда токи обмоток 6 и 7 нарастают по синусоидальному закону, а напряжение на конденсаторах уменьшается и энергия, накопленная в них, передается в сердечник магнитного реактора 5. Пока на конденсаторах 11 и 12 остается заряд, третий диод 10 находится под обратным смещением. Когда конденсаторы разряжаются полностью, отпирается третий диод 10, и ток обмоток 6 и 7 магнитного реактора 5 начинает замыкаться по контуру: обмотка 6, ключ 4, обмотка 7, диод 9, диод 10, диод 8 и обмотка 6. При этом энергия, переданная в магнитный реактор 5, начинает вьщеляться в выходной цепи силового управляемого ключа 4 и в диодах 9, 10 и 8. Однако процесс отдачи энергии происходит многократно медленнее, чем процесс ее накопления в магнитном реакторе, так как падение напряжения на ключе 4 и диодах 9, 10 и 8 много меньше напряжения, до которого были заряжены конденсаторы 11 и 12 перед отпиранием силового управляемого ключа 4. Процесс отдачи энергии из магнитного реактораЗ может быть дополнительно замедлен путем введения цепи с вентильной проводимостью, которая в схеме на фиг.1 выполнена в виде диода 13 (пунктир), а в схеме на фиг.2 в виде соединенных последовательно диода 13 и третьей обмотки 14 магнитного реактора 5. В схеме (фиг.1) при введении в нее четвертого диода 13 ток обмоток 6 и 7 магнитного реактора 5 после разряда конденсаторов 11 и 12 начинает замыкаться по контуру: обмотка 7, диод 13, обмотка 6, ключ 4.. Исключение из контура, по которому замыкается ток обмоток 6 и 7, диодов .9, 10 и 8, обусловливает меньшие потери энергии и, следовательно, более медленный вывод энергии из магнитного реактора 5. В схеме на фиг.2 после разряда конденсаторов 11 и 12 ток обмоток магнитного реактора замыкается по контуру: обмотка 7, диод 13, обмотки S1 14 и 6, ключ 4 и обмотка 7. Протекание тока по дополнительной третьей обмотке 14 обусловливает уменьшение тока обмоток 6 и 7, происходящее пос ле отпирания диода 13 цепи из диода 13 и обмотки 14 с вентильной проводи мостью. Это уменьшение тока тем более значительно, чем больше число витков обмотки 14. Уменьшение тока в этом контуре означает меньише поте ри энергии и, следовательно, более медленный вывод энергии, переданной в магнитный реактор из конденсаторов 11 и 12 при их разряде через обмотки 6 и 7. Соответствующим выбором индуктивности обмоток 6 и 7 в устройстве могут быть обеспечены условия, при ко торых к моменту запирания силового управляемого ключа 4 энергия, переданная в магнитный реактор 5 из конденсаторов 11 и 12, оказывается прак тически нерастраченной. При уменьшении тока силового управляемого ключа 4 во время процесса его запирания ток нагрузки 3, который практически не изменяется за короткое время запирания силового управляемого ключа 4, начинает протекать по цепи; конденсатор 12, диод 10, конденсатор 11, обеспечивая заряд конденсаторов 11 и 12. Одновремеинр ток обмоток 6 и 7 замыкается через эту цепь, т.е. энергия, переданная в магнитный реактор 5 из конденсаторов 11 и 12, возвращается в эти кондеисаторы. Эта цепь обеспечивает замедление нарастания напряжения на запирающемся силовом управляемом ключе 4 и, следовательно, меньшие потери энергии при запирании и повьвнение надежности за счет уменьшения опасности появления вторичного пробоя. После нарастания суммарного напряжения на конденсаторах 11 и 12 до величины напряжения питания (при этом иа конденсаторах это напряжение делится пополам) оставшаяся в магнит ном реакторе 5 энергия возвращается и источник питания. После окончания возврата энергии из магнитного реактора запираются диоды 9 и 8 (или диод 13 при наличии в устройстве цепи с вентильной проводимостью) и напряжение на каждом из конденсаторо 11 и 12 остается на уровне половины напряжения питания. Диоды 8 и 9 пред 3 отвращают ненужное увеличение напряжения на. этих конденсаторах, которое могло бы произойти за счет заряда конденсаторов через обмотки 6 и 7, если бы диоды 8 и 9 отсутствовали. В схеме на фиг.2 дополнительно введенная коммутирующая обмотка 15 предотвращает перегрузку силового управляемого ключа 4 во время процесса запирания коммутирующего диода элемента 18 цепи нагрузки 3 индуктивного характера. Пока диод находится в состоянии высокой проводимости, к обмотке 15 приложено напряжение питания, которое трансформируется в обмотки 6 и 7 и блокирует диоды 8 и 9. Поэтому предотвращается разряд конденсаторов 11 и 12 во время проводящего состояния силового управляемого ключа 4 и коммутирующего диода(элемента 18|. После запирания коммутирующего диода (элемента 18) и при йроводящем состоянии силового управляемого ключа 4 процессы в схеме происходят подобно описанным процессам в устройстве на г.1. После запирания силового управляемого ключа 4 и до момента отпирания коммутирующего диода 18 процессы в схемах фиг.2 и 1 также подобны. После отпирания коммутирукицего диода ток обмоток магнитного реактора возвращается в источник питания. Однако при этом на последовательно соединенных конденсаторах устанавливается напряжение большее, чем напряжение питания Е, в соответствие с выражением . ,.«« «-B| |ifij,-, 6 котором W,W.-,, числа витков обмоток 6, 7 14 и 15 магнитного реактора 5. Если указанное напряжение меньше, чем 2Е, то после окончания вывода энергии из магнитного реактора 5 диоды 8 и 9 остаются в запертом состояНИИ и заряд на конденсаторах 11 и 12 сохраняется неизменным до очередного отпирания силового управляемого ключа 4 . Как и в прототипе, коммутирукяцая обмотка, витки которой соединены последовательно с выходной цепью силового управляемого ключа 4, может быть выполнена двухсекционной и одна ее секция иключена последовательно с цепью элементов 16 и 17, а вторая - последовательно с коммутирующим диодом (элементом 18). Как и в прототипе, односекциомная коммутирующая обмотка 15 может быть включена последовательно в цепь коммутирующего диода.

В сравнении с прототипом предложенное устройство обеспечивает повыиение КПД и надежности устройства путем улучшения коммутационного процесса при запирании силового управляемого ключа 4 за счет исключения обмотки реактора (а значит и индуктивности рассеяния этой обмотки) между выходной цепью силового упранляемого ключа и конденсаторной цепью, предназначенной для замедления скорости нарастания напряжения на запирающемся силовом управляемом ключе.

Кроме того, исключение в схеме обмотки реактора из цепи нагрузки позволяет дополнительно сократить потери энергии. Это обусловлено как уменьшением активных потерь в обмотке, так и тем, что напряжение на силовом управляемом ключе не превышает уровня напряжения на конденсаторной цепи.

X

15

lio

14

13