Мостовой преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M3/337 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке мощных источников электропитания о

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя путем первоначального открьп ия после выжигания предохранителя той пары ключей, про водящее состояние которых обеспечива-JQ ющего генератора 33 и триггера 31. ет протекание тока в первичной обмот- Управлякшр1е входы ключей 1-4 подклю- ке силового трансформатора в направ-чёны через цепи 36 и 37 гальваничеслении, противоположном направлению .кой развязки и логические зпементы

тока, протекавшего при вьокигании пре- 2И 38 и 39 к выходам логи геских эле- дохранителейо 15 MSHTOB 9 и tO через формирователи 40

выходом соединенного с R-входом триггера 31. На D-вход триггера 31 подан сигнал I, а С-вход через логический элемент НЕ 32 соединен с выходом задаклцего генератора 33 Счетный вход триггера 34 соединен с выходом логического элемента 2И 35, входы которого соединены с выходами задаНа фиг о 1 приведена электрическая схема предлагаемого мостового преобразователя постоянного напряжения; на фиг о 2 - электрическая схема узи 41 управлянэдих импульсов, подключенные к выходам логических элемен тов 2И-2ИЛИ 42 и 43э входы которых соединены с выходами согласуюпц-гх

ющего генератора 33 и триггера 31. Управлякшр1е входы ключей 1-4 подклю- чёны через цепи 36 и 37 гальваничесвыходом соединенного с R-входом триггера 31. На D-вход триггера 31 подан сигнал I, а С-вход через логический элемент НЕ 32 соединен с выходом задаклцего генератора 33 Счетный вход триггера 34 соединен с выходом логического элемента 2И 35, входы которого соединены с выходами зада 2И 38 и 39 к выходам логи геских эле- MSHTOB 9 и tO через формирователи 40

и 41 управлянэдих импульсов, подключенные к выходам логических элемен тов 2И-2ИЛИ 42 и 43э входы которых соединены с выходами согласуюпц-гх

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных источниках питания и в преобразователях электроприводов с по-, вьшенным напряжением питания. Цель изобретения - повышение надежности путем первоначального открытия после выжигания предохранителя той пары .ключей, проводящее состояние которых обеспечивает протекание тока в первичной обмотке силового трансформатоII ра в направлел-га, противопагтожном направлению тока, протекавшего при выжигании предохранителейв Преобра- зоватапь содерж11Т ключи 1-4, тиристоры 9, 10, силсвой трансформатор 13, трансформатор тока 22, узел управления 23, В1слючаюищй в себя задающий генератор, триггер, логические элементы, формирователи упрангтяющих импульсов „ Введены оптопары 15, 16, 3 узел управления 23 введены логические элементы и триггер. При отказе транзистора на выходнык обмотках 27, 28 трансформатора тока 22 появляется напряжение, ключи 1-4 закрываются и открывается один из тиристоров 9, 10, образз я цепь д.пя выжигания предохранителя в цепи отказавшего транзистора с, После перегорания предохранителя работа устройства восстанавливается при устранении парегрузки ключей 1 с. 3 ил о ю .даст: tKoA. 4 лш& ИОБА С#5

; дексы при переменных соответствуют номеру элемента схемы, приведенной на фиг. 2) ,

25

ла управления на фиг о 3 - временные 20 25 и 26 и триггера 34 „ диаграммы, поясняющие его работу (ин Мостовой преобразователь постоянного напряжения работает следукзцим образомо

В нормальном режиме работы, когда все транзисторы в ключах 1-4 исправны, происходит поочередная коммутация диагонально противоположных ключей 1, 3 и 2, АС, Переменный ток, протекающий через встречно соединенные ,, первичные обмотки 18, 21 и 19s 20 создает в магнитопроводе трансформатора 22 тока встречно направленные намагничивающие силы, вследствие че- го суммарный магнитный поток равен нулю и на вторичных обмотках 27 и 28 напряжение равно нулю На входах логических элементов 2И-2ИЛИ 42 и 43 сигнал соответствует тиристоры 9 и 10 закрыты На выходе триггера 31 сигнал соответствует 1, разрешающей прохождение выкодньк импульсов задающего генератора 39 на вход; триггера 34 и выходных сигналов триггера 34 на входы цепей 36 и 37 гальванической развязки о

.Мостовой преобразователь постоянно го напряжения содержит полупроводниковые ключи 1-4, каждый из которых состоит из параллельно соединенных транзисторов 5 с предохранителями 65 включенными в их коллекторные цепи, и токовыравнивающими элементами 7 и 8, два последовательно соединенных тиристора 9 и 10, подключенных к входным выводам через дроссель 11, шунтированный диодом 12, Первичная обмотка 35 силового трансформатора 13 средним выводом соединена через токоограничи- ваняций резистор 14с точкой соединения тиристоров 9 и 10, а крайними выводами подключена к диагонали перемен- G него тока мостового преобразователя. Излучающие элементы оптопар 15 и 16 соединены встречно-параллельно и через дополнительный резистор 17 подключены параллельно токо ограничива- 45 кхцему резистору 14. Первичные обмотки 18-21 трансформатора 22 тока включены последовательно с полупроводни- ковьми ключами 1-4. Узел 23 управления содержит логический элемент 4ИЛИ 50 24, входы которого соединены с фото™ диодами оптопар 15 и i6 и через согласующие цепи 25 и 26 с вторичными обмотками 27 и 28 трансформатора 22 тока. Выход логического элемента55

4И11И 24 подключен к первому входу и через элемент 29 задержки к второму входу логического элемента 2Ж1И 30

Выход из строя транзисторов мостового преобразователя происходит в момент их коммутации. ил11 в закрытом состоянии, так как в этих состояниях на них воздействует максимальней уровень коммутируемой импульсной мощности и напряжения, при этом происходит короткое замыкание перехода коллектор - эмиттер.

Предположим, что в момент tyfKOi fis. открыты ключи 2 и 4 произошел отказ транзистора 5 в ключе К В этом слуВыход из строя транзисторов мостового преобразователя происходит в момент их коммутации. ил11 в закрытом состоянии, так как в этих состояниях на них воздействует максимальней уровень коммутируемой импульсной мощности и напряжения, при этом происходит короткое замыкание перехода коллектор - эмиттер.

Предположим, что в момент tyfKOi fis. открыты ключи 2 и 4 произошел отказ транзистора 5 в ключе К В этом слу51

чае образуются два контура, через которые протекают токи.

Первый контур; плюсовая входная клемма --дросссель 11 - обмотка 19 - ключ 2 - первичная обмотка силового трансформатора 13 - ключ А - обмотка 20 - 1-шнусовая входная клемма, соответствует нормальному режиму работы мостового преобразователя о

Второй контур; плюсовая входная клемма - дроссель 11 - обмотка 18 - предохранитель 6 - короткозамкнутый транзистор 5 - резистор 8 - ключ 4 - обмотка 20 - минусовая входная клемм обусловлен аварийньпч состоянием транзистора 5 ключа -1 о

В первом контуре обмотки 19 и 20 трансформатора 22 тока включены встречно, что соответствует нормальному ре- жимул а во втором контуре обмотки 18 и 20 включены согласно, поэтому на вторичных обмотках 27 и 28 появляется напряжение. На выходе согласующей цепи 26 появляется сигнал, соответст- вуюпщй 1, что приводит к появлению единичного сигнала на R-входе триггера 31, на выходе которого устанавливается О. Нулевой сигнал на входе логического элемента 2И 35 приво- дит к нулевому сигналу на входе триггера 34 и последний остается в состоянии, соответствующему включенному положению ключей 2 и Л„ Так как на входах логических элементов 2И 38 и 39 появляется нулевой сигнал, то и на их выходах также О, что ведет к закрытию ключей 2 и 4,

Единичные сигналы на. выходе согласующей цепи 26 и выходе Q триггера 34 приводят к появлению 1 на выходе логического элемента 2И-2ИЛИ 42 Формирователь 40 управляющих импульсов вырабатывает отпирающий импульс на входе тиристора 10 Последний откры- вается, образуя контур для протекания тока; плюсовая входная клемма - дроссель 11 - обмотка 18 .- предохранитель 6 - короткозамкнутьй транзистор 5 - резистор 8 - левая секция первичной обмотки силового трансформатора 13 - резистор 14 - тиристор 10 - минусовая входная клемма Направление тока показано на фиг о 1 стрел- кой.

На время задержки закрытия ключей 2 и 4 нарастание тока ограничивается дросселем 11, а затем силовым трансформатором 13, После насыщения транс-

n

j

п 5 п

„ с

0

38V

форматора 13 ток в контуре ограничен резистором 14. При этом сигналы на одном из входов и соответствегшо на выходе логи геского элемента АИЛИ 24 соответствуют 1, так как открыт фотодиод оптопары 16.

После перегорания предохранителя 6, которое длится единицы - десятки миллисекунд и составляет десятки - сотни периодов преобразования, в момент в контуре прекращается, прекращается также и ток в светодиоде оптопары 16, на выходе логического элемента 4ИЛИ 24 устанавливается О. С задержкой, необходимой для надежного закрывания тиристора 10 и определяемой элементом 29, в момент t на выходе элемента 2ИЛИ 30 также устанавливается О Ч

По фронту спада импульса задающего генератора 33 в момент С триггер 31 переключается в 1, что ведет к разрешению прохождения выходных сигналов триггера 34 на входы цепей 36 и 37 гальванической развязки Триггер 34 находится в состоянии пред- аварийного положения, поэтому вновь открываются ключи 2 и 4 и ток в пер-. вичной обмотке силового трансформатора 13 имеет направление, противоположное току,; протекающему при выжигании предохранителя. Ка выходе логического элемента 2И 35 с момента времени t появляются тактовые импульсы и нормальная работа, устройства восстанавливается. Так как длительность тактового импульса составляет незначительную часть полупериода, интервал времени t. -t/j практически соответствует полупериоду и магнитопроврд силового трансформатора с первого импх-льса входит в установившийся режимо

Логическая последовательность работы элементов мостового преобразователя приведена в таблице состояний.

Таким образом в мостовом преобразователе постоянного напряжения обес-- печивается большая надежность, так как исключается перегрузка транзисторов ключей при восстановлении работы устройства после выгорания предохра- нит ел ей о.

Формула изобретения

Мостовой преобразователь постоянного напряжения, содержащий полупро- 5U

водииковые ключи,, каждый из которых состоит из N параллельно соединенных транзисторов с предохранителями включенными в их коллекторные цепи, два последовательно соединенных тиристора, подключенных к вх одным выводам преобразователя, силовой трансформатор, первичная обмотка которого средним выводом соединена через токоограничиваюпщй резистор с точкой соединения тиристоров, а крайними выводами подключена к диагонали пере™ менного тока мостового преобразователя, трансформатор тока, .первичные обмотки которого включены последовательно с полупроводниковыми ключами, узел управления, включающий в себя зада- кщий генератор, первый триггер, пер- вьй и второй логические элементы 2И 2ИЛИ, выходы KotopbK через формирователи управляющих импульсов соединены с управляющими входами тиристоров, а входы соединены с выходами первого триггера и через согласующие цепи с вторичными обмотками трансформатора. тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены первая и вторая опто™

386

пары, излучаюци1е элементы которых соединены встречно-параллельно и через дополнительный резистор подключены параллельно токоограничивакщему резистору, в узел управления введены первый9 второй и третий логические элементы 2И, второй триггер и логические элементы 4ИЛИ, ZHIIH, НЕ,

при этом входы логического элемента 4ИЛИ соединены с выходами согла:сующих цепей и фотодиодами оптопар, а выход одключен к первому входу и через элемент задержки к второму входу элемента 2ИЛИ, выходом подключенного к К входу второго триггера, на D-вход которого подан сигнал логической еди- ницы а С-вход через логический элемент НЕ подключен к выходу задающего

генератораэ счетный вход-первого триггера соединен с вьтодом первого логического элемента 2И, входы которого подключены к выходам задающего генератора и второго триггера, выходы второго и третьего логических элементов 2И подключены к управляющим входам ключей преобразователя через цепи гальванической развязки,а входы соединены с выходами первого и второго триггер-ов.

М 5l t

:j

«sr