Преобразователь постоянного напряжения в переменное Советский патент 1988 года по МПК H02M7/5387 

оо

ГС

ел

О)

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах для преобразования напряжения первичного источника в переменное напряжение регулируемой величины.

Цель изобретения - повьшение надежности путем уменьшения величины напряжения, прикладываемого к транзисторам мостового инвертора.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема мостового инвертора и силового ключа; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.

Преобразователь (фиг.1) содержит подключенный к источнику 1 питания через силовой ключ 2 мостовой инвертор 3, а также систему 4 управления мостовым инвертором и блок 5 управления силовым ключом.

Мостовой инвертор 3 (фиг.2) содержит плечи 6.1-6.4, выполненные в виде соединенных последовательно тиристоров 7.1-7.4 и транзисторов 8.1- 8.4, зашунтированных обратными диодами 9.1-9.4. Кроме того, параллельно каждому транзистору 8.1-8.4 включены цепочки 10.1-10.4 для уменьшения динамических потерь, содержащие, например, соединенные последовательн конденсаторы 11.1-11.4 и диоды 12.1- 12.4, а также резисторы 13.1-13.4, включенные параллельно диодам 12.1- 12.4. Между источником 1 питания и мостовым инвертором 3 включен силовой ключ 2, выполненный в виде соединенных последовательно тиристора 14 и транзистора 15, зашунтированных обратным диодом 16, а параллельно транзистору 15 включена цепочка 17, содержащая конденсатор 18, диод 19 и резистор 20.

Система 4 управления (фиг.1) содержит соединенные последовательно задающий генератор 21, фазорасщепи- тель 22, один из выходов 23 которого свяван с входом первой 24 выделения управляющих импульсов, а второй выход 25 связан с входом фазо- сдвигающего блока 26, выход 27 которого связан с входом второй схемы 28 выделения управляющих импульсов, каждая из которых первыми выходами 29 и 30 подключена через усилительно- развязывающие блоки 31 и 32 к управляющим цепям транзисторов мостового

5

0

5

0

5

0

5

0

5

инвертора 3, а вторыми выходами 33 и 34 через усилительно-развязывающие блоки 35 и 36 к управляющим цепям тиристоров мостового инвертора 3.

Блок управления силовым ключом 2 (фиг.1) содержит две схемы 37 и 38 выделения запирающих импульсов, входами подключенные к первым выходам 29 и 30 схем 24 и 28 выделения управляющих импульсов, схему 39 совпадения, реализующую логическую операцию 2И-НЕ входами 40 и 41 подсоединенную к выходам схем 37 и 38 выделения запирающих импульсов, а также схему 42 задержки, входом 43 подключенную к выходу схемы 39 совпадения и входу усилительно-развязывающего узла 44, связанного с управляющим входом транзистора 15 силового ключа 2. Выход 45 схемы 42 задержки подключен к усилительно-развязывающему узлу 46, связанному с управляющим входом тиристора 14 силового ключа 2.

Фазорасщепитель 22, схемы 24 и 28 выделения управляющих импульсов, усилительно-развязывающие блоки 31, 32, 35, 36, 44 и 46, фазосдвигающий блок 26, схемы 37 и 38 выделения запирающих импульсов и схема 42 задержки могут выполняться известными средствами.

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 21 системы 4 управления формирует на выходе напряжение 47 (фиг.З), которое поступает на вход фазорасщепителя 22. При этом на выходах 23 и 25 фазорасщепителя формируются импульсные напряжения 48 и 49, поступающие с первых выходов 29 схемы 24 вьщеления управляющих импульсов на вход усилительно-развязывающего блока 31, на выходах которого формируется переменное напряжение 50 для управления транзисторами 8.1 и 8.2. На вторых выходах 33 схемы 24 выделения управляющих импульсов формируются импульсы 51 и 52 управления усилительно-развязывающим блоком 35, на выходах которого формируется переменное напряжение 53 для управления тиристорами 7.1 и 7.2, передний фронт которого задержан относительно переднего фронта импульсного напряжения 50 на величину т .

Величина задержки Г выбирается такой,чтобы проводивший ранее ток транзистор успел перейти из режима

- 313

насыщения в режим отсечки до того, как будет открыт очередной тиристор. Благодаря этому исключается возможность протекания сквозного тока по цепи 6.1-6.2, Такой алгоритм переключения транзисторов и тиристоров в плечах одной стойки мостового инвертора обеспечивает минимальные динамические потери в транзисторах при их включении, так как транзисторы переходят из режима отсечки в режим насыщения при коллекторном токе, равном нулю, а пропускать ток начинают через время -г, , Динамические потери в плече мостового инвертора оказываются полностью локализованными в тиристорах. Выключение тиристоров достигается за счет уменьшения величины тока, протекающего в них, с помощью транзисторов до значения менее тока удержания В этом случае через время, равное времени восстановления запирающих свойств тиристоров, последние восстанавливают свои запирающие свойства и переходят в состояние с большим внутренним сопротивлением.

В преобразователе с целью умень- щения напряжения на запертых транзисторах мостового инвертора обеспечивается такой режим работы тиристоров и транзисторов мостового инвертора, когда в моменты их выключения (например, выключение тиристора 7.1 и транзистора 8,1 происходит в момент t,, а выключение тиристора 7.2 и транзистора 8.2 - в момент t,;) на время 7 с помощью силового ключа 2 (диаграмма 54) снимается напряжение с мостового инвертора. При зтом длительность должна быть не менее времени восстановления запирающих свойств тиристоров. В этом случае одновременно начинают запираться транзистор инвертора (например, 8.1) и транзистор 15 силового ключа 2. При этом величина напряжения, прикладываемого к транзистору мостового инвертора, значительно меньше величины напряжения источника питания ввиду того, что транзистор 15 заперт и величина напряжения, прикладываемого к транзисторам мостового инвертора, определяется только величиной сопротивления цепочки 17 во время заряда конденсатора 18. Подбором параметров цепочки можно обеспечить величину напряжения на запертом транзисторе в единицы вольт. При этом нат1ряжение, до которого заряжаются

Ь

560

конденсаторы 11,1-11.4 цепочек поддерживается неизменным в течение всего запертого состояния транзисторов мостового инвертора.

Регулирование выходного напряжения в мостовом инверторе обеспечивается за счет введения нулевой паузы в кривую выходного напряжения путем

Q фазового регулирования моментами управления плечами 6.3 и 6.4 относительно моментов управления плечами 6.1 и 6.2. С этой целью напряжение 49 управления поступает на фазосдвигаю5 щий блок, работа которого поясняется диаграммами 55 и 56. На выходе 27 фазосдвигающего блока 26 формируется напряжение 57, задержанное относительно напряжения 48 на величину угла

0 регулирования f/ . На выходе усилитель- но-развязываю1цего блока 32 при этом формируется переменное напряжение 58 управления транзисторами 8.3 и 8.4, а на выходах усилительно-развязываюЬ щего блока 36 - переменное напряжение 59 управления тиристорами 7.3 и 7.4, передний фронт которого задержан относительно переднего фронта импульсного напряжения 58 на величину Т, .

0 В моменты выключения транзисторов (моменты t и t,) 8.3 и 8.4 с помощью силового ключа 2 на время V снимается, как это происходит с транзисторами 8,1 и 8.2, напряжение с мостоg вого инвертора. За счет этого на запертых транзисторах 8.3 и 8.4 обеспечивается величина напряжения не более нескольких вольт. Для запирания силового ключа 2 в моменты пере0 ключения транзисторов мостового инвертора формируются импульсы 60 длительностью i . Эти импульсы формируются на выходах схем 37 и 38 вьщеле- ния запирающих импульсов и после сум5 мирования в схеме 39 поступают в виде импульсов 61 на вход усилительно- развязывающего узла 44, связанного с управляющими входами транзистора 15 силового ключа 2, а также на схему

Q задержки и с нее на усилительно-развязывающий узел 46, связанный с управляющими входами тиристора 14 силового ключа 2.

Введение задержки между моментом

c отпирания транзистора 15 и тиристора 14 позволяет свести до минимума величину динамических потерь в транзисторе 15 силового ключа 2 при его включении либо транзистор 15 переходит из режима отсечки в режим насыщения при нулевом значении коллекторного тока. Все динамические потери при включении силового ключа 2 локализованы в тиристоре 14, Для уменьшения динамических потерь в транзисторе 15 при выключении силового ключа 2 установлена цепочка 17. Возврат реактивного тока нагрузки в первичный источник обеспечивается обратными диодами 9.1-9.4, а также обратным диодом 16 силового ключа 2,

Изобретение позволяет существенно повысить надежность преобразовательной установки за счет уменьщения коэффициента нагрузки по напряжению транзисторов мостового инвертора. Помимо уменьшения напряжения на транзисторах инвертора путем запирания силового ключа в моменты переключения транзисторов инвертора, силовой ключ одновременно может быть использован в качестве исполнительного органа быстродействующей системы защит инвертора от перегрузок и регулирования выходного напряженрт 62.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий мостовой инвертор, каждое плечо которог выполнено в виде соединенных последовательно тиристора и транзистора и зашунтировано обратным диодом, а также систему управления, выполненную в виде соединенных последовательно задающего генератора, фазорасщепителя, один из выходов которого связан с входом первой схемы вьщеления управляющих импульсов, а второй через фазосдвигающий блок - с входом второй схемы выделения управляющих импульсов, каждая из которых первыми выходами подключена к усилительно-развязывающему блоку, связанному с управляющими цепями транзисторов, а вторыми выходами подключена к усилительно- развязывающему блоку, связанному с управляющими цепями тиристоров мостового инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения величины напряжения, прикладываемого к транзисторам мостового инвертора, в

преобразователь введены цепочки для уменьшения динамических потерь, силовой ключ, блок управления силовым ключом, причем силовой ключ включен в цепь питания мостового инвертора

и выполнен в виде последовательно соединенных тиристора и транзистора, и зашунтирован обратным диодом, цепочка для уменьшения динамических потерь включена параллельно транзистору

каждого плеча инвертора, блок управления силовым ключом содержит две схемы выделения запирающих импульсов, входами подключенные к первым выходам схем выделения управляющих инпульсов, схему совпадения 2И-НЕ, входами подключенную к выходам схем выделения запирающих импульсов, схему задержки, входом подключенную к выходу схемы 2И-НЕ, а также два усилительно-развязывающих узла, один из которых подключен входом к выходу схемы 2И-НЕ, а выходом к управляющим цепям транзистора силового ключа, а второй подключен к выходу схемы за держки, а выходом к управляющим цепям тиристора силового ключа.

77

20

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использови- но во вторичных источниках питания. Цель изoбpeтef ия - повышение надежности путем уменьшения величины напряжения, прикладываемого к транзисторам мостового инвертора. Преобразователь содержит мостовой инвертор 3, каждое плечо которого выполнено в виде соединенных последовательно тиристора и транзистора, зашунтированных обратным диодом, систему управления 4, выполненную в виде соединенных последовательно задающего генератора 21 и фазорасщепителя 22, схем вьщеления управляющих импульсов 24 и 28, фазо- сдвигающего блока 26, усилительно- развязывающих блоков 31, 32, 35, 36, 44, 46. Выполнение силового ключа 2 обеспечивает уменьшение динамических потерь. Выполнение схемы управления силовым ключом,содержащей две схемы выделения запирающих импульсов 37 и 38, схему задержки 42, два усилительно-развязывающих узла 44 и 46 обеспечивает уменьшение коэффициента нагрузки по напряжению транзисторов мостового инвертора. 3 ил. (Л

Фиг. г