Мостовой преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M7/5387 

. 14

I jero транзистора 5 и N включенних параллельно через предохранители 6.1- :6.N высоковольтных транзисторов 7.1- 7.N, узел управления 31. Первичная обмотка силового трансформатора 26 крайними вьдаодами подк;т1очена к диа- гонапи пр.ременного тока преобразователя, а средним вьшодом соединена через токоограничивающий резистор 27 с точкой соединения последовательно

включенных тиристоров 22 и 23, При отказе одного иа высоковольтных транзисторов происходит закрытие ключей преобразователя, открывается один из тиристоров 22(23) и тиристор, шунтирующий управляющий транзистор ав-арий- ного ключа, образуя цепь ;1ля выжигания соответствующего предохранителя. После выгорания предохранителя работа устройства восстаиавливаетсяс 3 ил

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных источниках питания и в преоб- разователя.х элeктpoпp reoдoв с повышенным напряжением питания. Цель - повышение надежности путем уменьшения перегрузок полупроводниковых ключей. Устройство содержит полупроводниковые ключи 1-4, выполненные из последовательно соединенных управляю СЛ

1

; Изобретение относится к электро- :технике и может быть использовано в ;мощных источниках питания и в преоб- разователях электроприводов с повы- Шенным напряжением питания.

Цель изобретения - повыггенне надежности . путем уменьшения перегрузок проводниковых ключей.

На фиг,1 представлена электрическая схема преобразователя; на фиг,2- схема узла управления; на фиг.З - временные диаграммы напряжений на элементах узла управления с индексом соответствующими номеру данного элемента

Мостовой преобразователь постоянного напряжения (фиг.1) содержит полупроводниковые ключи 1-4, каждый из которых состоит из последовательно . соединенных высокочастотного управляющего транзистора 5 и N включенных Параллельно через предохранители 6,1 6.N высоковольтных транзисторов 7.1- 7.N. Базовые выводы высоковольтных транзисторов 7,1-7.N через диодно- резистивные цепочки 8,1-8.N подключены к одному выводу конденсатора 9, второй вывод которого соединен с э1-ш тером управляющего транзистора 5, Базовый вьшод управляющего транзистора 5 через резистор 10 подключен к управляющему выводу ключа, с которым также соединены через диод 11 и токоограничивающие резисторы 12,1- 12.N базовые выводы высоковольтньк транзисторов 7.1-7.N. Параллельно управляющему транзистору 5 через перву обмотку 13 трансформатора 14 тока поключен тиристор 15. Параллельно конденсатору 9 включены последовательно соединенные стабилитрон 16 и резис

тор 17, при этом точка соединения стабилитрона 16 и резистора 17 соединена с управляющим входом тиристора 15. ,

Через дроссель 18, шунтированный , диодом 19J к входным выводам 20 и 21 подключены последовательно соединенные тиристоры 22 и 23., к управляющим входам которых подключены вторые обмотки 24 и 25, трансформатора 14 тока. Первичная обмотка силового трансформатора 26 средним выводом соединена через тoкooгpaничивaющ iй резистор 27 с точкой соединения тиристоров 22 и 23,, а крайними выводами подключена к диагонали переменного тока мостового преобразователя. Излучающие элементы оптропар 28 и 29 соединены встречно-параллельно и через дополнительный резистор 30 подключены парал.чельно токоограничивающему резистору 27

Узел 31 управления (фиг.2) содержит логический элемент 3 ИЛИ 32, вхо|ды которого соединены с фотодиодами оптопар 28 и 29 и через согласующую цепь 33 с третьими обмотками 34 и 35

.трансформатора 14 тока. Выход логического элемента 3 ИЛИ 32 подключен к первом г входу и через элемент 36 задержки к второму входу логического элемента 2 1ШИ 37, выходом соединенного с R-входом триггера 38. На )-вход триггера 38 подан сигнал логической единицы а С-вход через логический элемент НЕ 39 соединен с выходом задающего генератора 40. Счетный вход триггера 41 соединен с выходом логического элемента 2И 42, входы которого соединены с входами задающего генератопа 40 и триггера 38. Управляющие входы ключей 1-4 подключены че3

рез цепи 43 и ДА -альиаиической развязки к выходам логических элементов 2И 45 и 46, входы котормх соединены с выходами триггеров 38-и 41.

Преобразователь работает следую- 1 шм образом

В нормальном режиме работы, когда все транзисторы в ключах.1-4 исправны происходит поочередная коммутация диагонально противоположных ключей 1,4 и 2,3. Переключение кличей в нормальном режиме осу1честрляется следующим образом. При положительной полярности управляющего сигнала относительно, эмиттера транзистора 5 ток управления протекая по первой последовательной цепи: диод 11 - резисторы 12.1-12.N- база-эмиттерные переходы высоковольтных транзисторов 7.1-7.N - коллектор- эмиттерный переход управляющего транзистора 5 и по второй последовательной цепи: резистор И) - база-эмиттер- ный переход управляющего транзистора 5, поддерживает управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7.1-7.N в насьш(енном состоянии. Ток нагрузки протекает через предохранители 6.1-6.N, высоковольтньштранзисторы 7.1-7.N и управляющий транзистор 5. .

При изменении полярности управляющего сигнала транзистор 5 закрывается, отключая эмиттеры высоковольтных транзисторов 7.1-7.N. Вследствие того, что высоковольтные, транзисторы более инерционны, чем низковольтный высокочастотный управляющий транзистор 5, они остаются в насьяченном состоянии. Ток нагрузки начинает проте- к ать через база-коллекторные переходы высоковольтных транзисторов 7.1- 7.N, диоды .цепочек 8,1-8.N, конденсатор 9. В результате под действием тока нагрузки происходит рассясьшание носителей заряда из коллекторных и базовых слоев высоковольтных транзис - торов 7.1-7.N при отключенных их ба- за-эмиттерных переходах, т.е. закрытие высоковольтных транзисторов происходит по схеме с общей базой. По окончании процесса рассасьшания высоковольтные транзисторы 7,1-7.N запираются, заряд конденсатора 9 прекращается .

С появлением отпирающего импульса напряжений управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7.1-7.,N открываются и конденсатор 9 разряжа0

15

0

2hO

ется чсро.з резисторы цепочек 8. 1-8.К, база-ямиттерные переходы высоково: ьт- , ных транзисторов 7.1-7,N и упранляю щий транзистор 5. Происходит форсиро- ва}щое включение высоковольтных транзисторов за счет энергии, накопленной в конденсаторе 9 на интервале рас- с сывания носителей заряда.

В нормальном режиме работы, до момента времени t (фиг.З), на выходе триггера 38 сигнат соответствует логической единице, разредчающей прохождение выходных импульсов задающего генератора 40 на вход триггера 41 и выходных сигналов триггера 41 на входы цепей 43 и 44 гальванической развязки.

Отказ высоковольтных транзисторов обычно происходит при их включении когда максимальны динамические потери, или при их закрытом состоянии за счет электрического пробоя. При этом наиболее опасен выход из строя высо25 ковольтных транзисторов коротким замыканием его переходов.

Предположим, что в момент времени t, когда открыты ключи . и 3, происходит отказ транзистора 7.1 в клю30 че 1. Образуется следующая цепь протекания тока: первый входной вывод 20 - дроссель 18 - предохранитель 6.1 - короткозамкнутый коллектор-базовый переход, транзистор 7.1-- диод цепочки 8.1 - конденсатор 9 - открытый ключ 2 - второй входной вывод 21. 1арастание тока ограничивается дросселем 18. Конденсатор 9 заряжается, . при этом напряжение на переходе колQ лектор-эмиттер-управляющего транзистора 5 может превьшать напряжение на конденсаторе 9 только на величину напряжения лавинного пробоя база- эмиттерного перехода высоковольтного

с транзи г-эра 7.1.

При превьш1ении напряжения на конденсаторе 9 порогового .значения происходит пробой стабилитрона 16 и открытие тиристора 15. Ток через преQ дохранитель 6.1 замыкается по цепи: .первый входной выход 20 - дроссель 18 - предохранитель 6,{ - короткозамкнутый транзистор 7.1 - обмотка 13 трансформатора 14 тока 14 - тиристор 15 - открытый ключ 2 - второй входной вывод 21.

При протекании тока через обмотку 13 трансформатора 14 тока на его обмотках 24,25,34 и 35 появляется нап35

5

ряжение, что приводит к открытие тиристора .3 и появлению единичного сигнала на входе логического элемента 31-ШИ 32. На выходе элемента ЗИЛИ 32 также появляется единица, что ведет к появлению единичного на R-входе триггера 38, на выходе которого устанавливается О. Нулевой сигнал на входе логического элемента 2И |А2 приводит к нулевому сигналу на вхо де триггера 41 и триггер 41 остается IB состоянии, соответствующем включен- ному положению ключей 2 и 3. Так как 1на входах логических элементов 2И 45 :и 46 появляется нулевой сигнал, на ;их выходах также О, чтоведет к зак рытиМ клю чей 2 и Зо

i Ток через предохранитель 6.1 замы- кается по цепи: первый входной вывод j20 - дроссель 1В - предохранитель 6.1 короткозамкнутый транзистор 7,1 - обмотка 13 трансформатора 14 тока - тиристор 15 - левая секция первичной обмотки силового трансформатора 26 - резистор 27 - тиристор 23 - второй . входной вывод 21. Направление тока через полуобмотку силового трансформатора 26 показано на стрелкой За счет падения напряжения на токо- ограничивающем резисторе 27 протекает ток через светодиод оптопары 28, в результате чего на входе логическо го элемента 31ШИ 32 сохраняется 1 на время перегорания предохранителя 6,1,

После перегорания предохранителя 6,1, которое составляет десятки-сотни периодов преобразования, в момент времени ti , ток в контуре прекращает- ся, прекращается также в светодиоде оптопары 28, на входе и выходе логического элемента ЗРШИ 32 устанавливается О. С задержкой, необходимой дл.ч надежного эакрьшания тиристоров 15 и 23 и определяемой элементом 36, в MOMBiiT времени tj, на выходе логического элемента 2ИЛИ 37 также устанавливается О.

По фронту спада импульса задающе- го генератора 40, в момент времени tj, триггер 38 переключается в единицу что ведет к раэреп1ению прохождения выходных сигналов триггера 41 на входы цепей 43 и 44 гальванической развязки. Триггер 41 находится в состоянии предаварийногО положения, по этому вновь открываются ключи 2 и 3 и ток в первичной обмотке силового

трансформатора 26 имеет направление, противоположное току, протекаюи;ему при выжигании предохранителя 6.1. На выходе логического элемента 42 с момента времени t появляются такто-: вые импульсы и нормальная работа устройства восстанавливается. Так как длительность тактового импульса невелика, интервал времени практически соответствует полупериоду и магнитопровод силового трансформатора с первого импульса входит в установившийся режим,

В преобразователе исключается перегрузка транзисторов ключей при восстановлении работы преобразователя - после вьркигания предохранителей и улучшаются энергетические и динамические характеристики.

Фор.мула изобретения Мостовой преобразователь постоянного напряжения, содержащий полупроводниковые ключи, каждъй из которых состоит из последовательно соединенных N включенных параллельно через предохранители высоковольтных транзисторов, управляющего транзистора,, базовый вывод которого через резистор подключен к управляющему выводу ключа, с которым также соединены -через диод и первый токоограничивающие резисторы базовые выводы высоковольтных транзисторов, два последовательно, соединенных тиристора, подключенных к цепям входных выводов преобразователя, силовой трансформатор, первичная обмотка которого средним выводом соединена через второй токоог- раничивающий резистор с точкой соединения тиристоров, а крайними выводами подключена к диагонали переменного тока мостового преобразователя, трансформатор тока, узел управления, содержащий задающий генератор, первьш триггер, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с делью повышения надежности путем уменьшения перегрузок полупроводниковых ключейJ введены первая и вторая оптопары, излучающие элементы которых соединены встречно-параллельно и через дополнительный резистор подключены парахшельно второму токоограничивающему резистору, в каждый полупроводниковый-ключ введены- тиристор, подключенный параллельно управляющему транзистору через первую

обмотку трансформатора тока, и последовательно соединенные стабилитрон и резистор, включенные параллельно введенному конденсатору, один из выводов которого через диодно-резистивные введенные цепочки соединен с базами высоковольтных транзисторов, а другой вывод г подключен к эмиттеру управляющего транзистора, при этом точка соединения стабилитрона и резистора соединена с управляющим электродом тиристора, а в узел управления : введены первый, второй и третий логические элементы 2И, второй триггер, элемент задержки и логические элементы ЗКПИ, 2ИЛИ, НЕ, при этом входы логического элемента ЗИПИ соединены соответственно с фотодиодами оптопар и через согласутощ то цепь - с третьи- ivDi обмотками трансформатора тока, а

выход логического элемента ЗИЛИ подключен к первому входу и через элемент задержки - к второму входу элемента 2ИЛИ, выходом подключенного к R-входу второго триггера, D-вход которого соединен с источником, обес- печ1шающим сигнал логической единицы, а С-вход через логический элемент НЕ подключен к выходу задающего генератора, счетный вход первого триггера соединен с выходом первого логического элемента 2И, входы которого подключены к выходам задающего генератора и второго триггера, выходы вто третьего логических элементов 2И подключены к управляющим входам ключей преобразователя через цепи гальванической развязки, а входы соединены с выходами первого и второго триггеров.

Фиг. 2

to

Фи.з

,tgts и