Бесконтактное коммутационное устройство Советский патент 1988 года по МПК H03K17/60 

05

оо

ND

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в силовой полупроводниковой преобразовательной технике.

Целью изобретения является упрощение устройства, повышение КПД и надежности.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Бесконтактное коммутационное устройство содержит силовой управляемый ключ 1, две шины 2, 3 источника питания, индуктивную нагрузку 4, магнитный реактор 5 с первичной обмоткой 6 и двумя вторичными обмотками 7, 8, обратно включенный первый диод 9, конденсатор 10, а также обратно включенные второй и третий диоды 11 и 12.

Магнитный реактор 5 выполнен на сердечнике с нелинейной магнитной характеристикой. Один из выходных выводов ключа 1 подсоединен к шине 2 источника питания, а между вторым выходным выводом ключа 1 и шиной 3 источника питания включены параллельно три цепи, первая из которых содержит соединенные последовательно индуктивную нагрузку 4 и первичную обмотку 6 магнитного реактора 5, вторая - соединенные последовательно обратно включенный первый диод 9 и первую вторичную обмотку 7 реактора 5, а третья - последовательно соединенные конденсатор 10 и обратно включенный второй диод 11. Кроме того, между средней точкой третьей цепи (точка соединения конденсатора 10 и диода 11) и первым выходным выводом ключа 1 включена цеЕШ из последовательно соединенных второй вторичной обмотки 8 реактора 5 и обратно включенного третьего диода 12.

Принцип действия устройства заключается в следуюшем.

В начале такта работы непосредственно перед отпиранием ключа 1 конденсатор 10 имеет остаточный заряд, причем потенциал верхней обкладки отрицательный, а нижней - положительный. В момент отпирания напряжение на силовом ключе 1 уменьшается почти до нуля. Ток нагрузки 4, который замыкался через диод 9, начинает протекать через ключ 1. Потенциал второго выходного вывода ключа 1 и связанной с ним общей точки трех параллельных цепей понижается. При этом к обмотке 7 реактора 5 прикладывается скачок напряжения, и сердечник реактора 5 начинает перемагничиваться в положительном направлении. Магнитодвижущая сила (МДС) в нем устанавливается близкой к нулю, так как сердечник переходит в ненасыщенный режим работы, при котором он обладает высокой магнитной проницаемостью. Через диод 9, в котором сохранен накопленный заряд, протекает в обратном направлении ток, равный току обмотки 7, который в свою очередь связан с током на

06732

2

грузки, протекающим по первичной обмотке 6 реактора 5, соотношением, определяемым коэффициентом трансформации между этими обмотками. Таким образом, ток диода 9 ограничен. Ограниченность тока, про- текающего через диод 9 в обратном направлении во время его коммутации, одновременно означает ограниченность тока через ключ 1 во время коммутации диода 9, чем обусловлены незначительные потери энер10 гии как в диоде 9, так и в ключе 1.

При протекании тока через диод 9 в обратном }1аправлении происходит трансформация напряжения обмотки 7 реактора 5 в обмотку 8, что обеспечивает запертое состояние диода 12, при этом конденсатор 10 сохраняет остаточный заряд. После запирания диода 9 ток обмотки 7 прекращается. Из-за индуктивного характера нагрузки 4 после восстановления обратного сопротивления и запирания диода 9 не из20 меняется ни направление, ни величина тока обмотки 6 реактора 5 (он остается равным току 1н нагрузки 4). Сердечник магнитного реактора 5 находится в состоянии высокой магнитной проницаемости, а в обмотке 8 возникает ток и диод 12 от25 крывается. Конденсатор 10 перезаряжается по цепи: диод 12 - обмотка 8 - конденсатор 10 - ключ 1. Сначала напряжение на обмотке 8 имеет положительную полярность на начале, а отрицательную на конце, при этом сердечник реактора 5 перемагни- чивается в положительном направлении, а после разряда конденсатора 10 напряжение на концах обмотки 8 меняет полярность, что обуславливает перемагничивание сердечника магнитного реактора 5 в отрицаэд тельном направлении. Однако сердечник реактора 5 остается в состоянии высокой магнитной проницаемости.

При повышении потенциала верхней обкладки конденсатора 10 до напряжения от40 пирания диода 11 происходит фиксация этого потенциала на уровне, практически равном потенциалу шины 3 питания, при этом заряд конденсатора 10 заканчивается. После того, как в процессе перемагничивания в

дс отрицательном направлении сердечник реактора 5 перейдет в состояние отрицательного насыщения, трансформация тока из обмотки 6 в обмотку 8 прекращается и диоды 11, 12 закрываются. Заряд конденсатора 10 происходит ограниченным током, ве50 личина которого определяется током нагрузки и коэффициентом трансформации между обмотками 6 и 8 магнитного реактора 5. Поскольку ток заряда конденсатора 10 протекает через ключ 1, то ограниченным оказывается и ток ключа 1. Таким образом,

55 как на этапе обратной проводимости диода 9, так и на этапе заряда конденсатора 10 ток через ключ 1 ограничен по абсолютной величине, чем обусловлены незначительные потери энергии в выходной цепи ключа I.

При запирании ключа 1, когда его ток начинает уменьшаться, отпирается диод 11, и конденсатор 10 начинает разряжаться. При этом напряжение на ключе 1 нарастает плавно от нуля по мере повышения потенциала связанной с ним обкладки конденсатора 10. Плавность нарастания напряжения на ключе 1 от нуля обуславливает незначительность коммутационных потерь энергии при его запирании, а также надежность самого запирания. После того, как конденсатор 10 полностью разряжается, отпирается диод 9 и ток индуктивной нагрузки 4 начинает распределяться между двумя параллельными ветвями, состоящими из обмотки 7, диода 9 и конденсатора 10 и диода 11. При этом происходит заряд конденсатора 10 и растет напряжение, приложенное к обмотке 7, что вызывает более быстрое, чем в прототипе переключение тока нагрузки в диод 9. Поэтому к началу нового такта днод 11 оказывается запертым, что гарантированно предотвращает коммутационные броски тока через ключ 1 при его отпирании, вследствие чего повышается КПД и надежность работы устройства.

В новом такте работы описанные процессы повторяются.

Сущность изобретения не изменяется, если индуктивная нагрузка 4 выполнена в виде последовательно включенных обмотки дросселя фильтра и энергопотребляющей нагрузки, параллельно которой включен конденсатор фильтра.

Формула изобретения

Бесконтактное коммутационное устройство, содержащее силовой управляемый ключ, к первому выходному выводу которого пог..ключена первая щина источника питаQ ния, .между вторым выходным выводом и второй шиной источника питания включены параллельно три цепи, первая из которых выполнена в виде последовательно соединенных индуктивной нагрузки и первичной обмотки магнитного реактора, имеющего две

5 вторичные обмотки и выполненного на сердечнике с нелинейной магнитной характь- ристикой, вторая цепь - в виде последовательно соединенных обратно включенного первого диода и первой вторичной обмотки магнитного реактора, третья цепь вы полнена в виде последовательно соедннп-. ных конденсатора и обратно включенного второго диода, к объединенным выводам которых подключена первым выводом четвертая цепь из последовательно соединенных второй вторичной обмотки магнитного реак тора и обратно включенного rpeibero диода, отличающееся тем, что, с целью упрощения, повыщения КПД и, надежности, второй вывод четвертой цепи из псслело- вательно соединенных вторичной обмотки

0 магнитного реактора и обратно вклю енно- го третьего диода подключен к nepEvi ;y выходному выводу силового управляемого ключа.

0

5

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в силовой полупроводниковой преобразовательной те.хнике. Цель изобретения - упрощение устройства, повыи ение ег о КПД и надежности. Бесконтактное коммутационное устройство содержит силовой управляемый ключ 1, к второму выходно.му выводу которого параллельно подключены три цепи. Элементы цепей включены последовательно: первая содержит индуктивную нагрузк 4 и первичную обмотку 6 магнитного реактора (МР) 5. Вторая - диод 9 и первую вторичную обмотку МР 5, а третья конденсатор 10 и диод 11. Между средней точкой третьей цепи и первым выходным выводом ключа 1 включены соединенны - последовательно вторая вторичная обмотка 8 МР 5 и третий диод 12. 1 ил. (Л