Мостовой инвертор Советский патент 1989 года по МПК H02M7/538 

N высоковольтных транзисторов 7-1... 7-N, соединенных Параллельно через первые предохранители 6-1...6-N, а в цепь их эмиттеров включен общий управляющий транзистор 5. В базовые цепи высоковольтных транзисторов 7-1... 7-N включены вторые предо хра- нители 8-1...8-N , защищающие от коротких замыканий всех переходов этих

транзисторов. При коротком замыкании переходов повышается напряжение на. конденсаторе 10, открываются стабилитрон 17 и первый тиристор 16.

Трансформатор 15 тока открывает соответствующий .второй тиристор (25s 26) и через четвертый резистор 30 осуществляется выжигание первых и

вторых предохранителей 6, 8, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания и электропривода. Цель изобретения - повышение надежности путем введения защиты от короткого замыкания переходов высоковольтных транзисторов. Мостовой инвертор содержит управляемые ключи 1 - 4. Каждый ключ содержит N высоковольтных транзисторов 7 - 1 ... 7 - N, соединенных параллельно через первые предохранители 6 - 1... 6 N, а в цепь их эмиттеров включен общий управляющий транзистор 5. В базовые цепи высоковольтных транзисторов 7 - 1... 7 - N включены вторые предохранители 8 - 1... 8 - N, защищающие от коротких замыканий всех переходов этих транзисторов. При коротком замыкании переходов повышается напряжение на конденсаторе 10, открываются стабилитрон 17 и первый тиристор 16. Трансформатор тока 15 открывает соответствующий второй тиристор (25, 26) и через четвертый резистор 30 осуществляется "выжигание" первых и вторых предохранителей 6, 8. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитания электропривода.

Цель изобретения - повьпление надежности путем введения защиты от короткого замыкания переходов высоковольтных транзисторов.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого мостового инвертораJ на ЭИГ.2 - схема блока управления на )иг.З - временные диаграммы, поясняющие его работу (индексы при переменных соответствуют номеру элемента, схемы на фиг.2).

Мостовой инвертор (фиг,1) содержи управляемые ключи 1-4. Каждый ключ состоит из последовательно соединенных управляющего транзистора 5 и N включенных параллельно через первые предохранители 6-1...6-N высоковольных транзисторов 7-1c,.7-N. Базовые выводы высоковольтных транзисторов 7-1...7-N через вторые предохрани- |тели 8-1...8-N и диодно-рёзистив- ные цепочки 9-1...9-N подключены JK первому выводу конденсатора 10, :второй вывод которого соединен с эмиттером управляющего транзистора 5. Базовый вывод управляющего тран- зистора 5 через первый резистор 11 подключен к управляющему входу клю- |ча, с которым также соединен анод диода 121 К катоду диода 12 подклю- :чены выводы токовыравнивающих вто- ;рых резисторов 13-1...13-N, вторые ;выводы которых соединены с общими точками предохранителей 8-1...8-N и ;цепочек 9-1...9-N. Параллельно кон- |денсатору 10 через первичную обмотк 14 трансформатора 15 тока подключен ;первь й тиристор 16. Последовательно соединенные стабилитрон 17 и третий резистор 18 включены параллельно

0

5

тиристору 16, при этом общая стабилитрона 17 и резистора 18 соединена с управляющим выводом тиристора 16. Между эмиттерами высоко0 вольтных транзисторов 7-1...7-N и точками соединения базовых предохранителей 8-1,..8-N, резисторов 13-1... 13-N и цепочек 9-1...9-N включены диоды 19-1... 19-N. Диод 20 предназ5 начен для рекуперации энергии нагрузки.

Через дроссель 21, шунтированный первым диодом 22, к входным выводам 23, 24 подключены последовательно соединенные вторые тиристоры 25 и 26, к управляю1дим входам которых подключены вторичные обмотки 27, 28 трансформатора 15 тока. Первичная обмотка силового трансформатора 29 отводом средней точки соединена через токоограничивающий четвертый резистор 30 с точкой соединения тиристоров 25 и 26, а крайними выводами подключена к диагонали переменного тока мостового инвертора. Излучающие элементы оптопар 31, 32 соединены встречно-параллельно и через пятьй резистор 33 подключены параллельно резистору 30.

Блок 34 управления (фиг.2) содержит логический элемент 3 ИЛИ 35, входы которого соединены с фотодио- оптопар 31, 32 и через согласующую цепь 36 с обмотками 37, 38 трансформатора 15.4ВЫХОД логического элемента 3 ИЛИ 35 подключен к первому входу и через элемент задержки 39 к второму входу логического элемента 2 ИЛИ 40,. выходом соединенного с R-входом триггера 41. На D-вход триг гера 41 подан сигнал 1, а С-вход через логический элемент НЕ 42 соединен с выходом задающего генератора 43, Счетный вход триггера 44

5

G

нен с выходом логического элемента 2И 45, входы которого соединены с выходами задающего генератора 43 и триггера.41. Управляющие входы ключей 1-4 подключены через цепи 46, 47 гальванической развязки к выходам логических элементов 2И 48, 49, входы которых соединены с выходами триггеров 41, 44.

Устройство работает следую цим образом.

В нормальном режиме работы, когда всё. транзисторы в ключах 1-4 исправны, сигнал на выходе триггера 41 соответствует 1, разрешающей прохождение выходных сигналов задающего генератора 43 на вход триггера 44 и выходных сигналов триггера 44 на входы цепей 46, 47 гальванической развязки. Происходит поочередная коммутация диагонально противоположных ключей 1,4 и 2,3. При положительной полярности управляющего сигнала относительно эмиттера транзистора 5 ток управления, протекая по первой последовательной цепи: диод 12 - резисторы 13-1...«13-N - базовые предохранители 8-1...8-N - база-эмйттер ные переходы высоковольтных транзисторов ... 7-N - коллектор-эмиттер- ный переход управляющего транзистора 5, и по второй последовательной цепи резистор 11 - база-эмиттерный перехо управляющего транзистора 5, поддерживает управляюищй транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7-1... 7-N в насыщенном состоянии. Ток нагрузки, протекает через предохранители 6-t...6-N, транзисторы 7-1... 7-N и транзистор 5.

Цри изменении полярности управляющего сигнала транзистор 5 закрывается, отключая эмиттеры высоковольтных транзисторов 7-1...7-N. Вследствие того, что высоковольтные транзисторы более инерционны, чем высокочастотный низковольтный управляющий транзистор 5, они остаются в насыщенном состояьтии. Ток нагрузки начинает протекать через база-коллекторные переходы высоковольтных транзисторов 7-1...7-N, базовые предохранители 8-1...8-N, диоды цепочек 9-1 .. .9-N, конденсатор 10. В результате . под действием тока нагрузки происходит рассасывание носителей заряда из коллекторных и базовых слоев высоковольтных транзис-

5293836

торов ,.,7-М при отключенных их база-эмиттерных переходах, т.е. закрытие высоковольтных транзисторов происходит по схеме с общей базой. По окончании процесса рассасывания высоковольтные транзисторы 7-1... 7-N закрываются, и заряд конденсатора 10 прекращается. )Q С появлением опирающего импульса напряжения управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7-1.... открываются, и конденсатор 10 разряжается через резисторы цепочек 15 9-1,0,9-N, базовые предохранители 8-1,..8-N, база-эмиттерные переходы высоковольтных транзисторов ... 7-N и управляющий транзистор 5. Происходит формированное включение 20 высоковольтных транзистор-ов за счет энергии, накопленной в конденсаторе 10 на интервале рассасывания носителей заряда.

Предположим, что в момент t g 25 (фиг.З), когда открыты ключи 2 и 3, произошел отказ транзистора 7-1 в ключе 1. При этом образовалось короткое замыкание не только коллектор- базового, но и база-эмиттерного пере- 30 хода транзистора 7-1. Образуется следующая цепь протекания тока: входной вывод 23 - дроссель 21 - предохранитель 6-1 - короткозамкнутый коллектор-базовый переход транзистора 7-1 - базовый предохранитель 8-1 - диод цепочки 9-1 - конденсатор 10 - открытый ключ 2 - входной вывод 24. Нарастание тока ограничивается дрос.се- лем 21. Конденсатор 10 заряжается,при JQ ЭТОМ напряжение на переходе коллектор - эмиттер управляющего транзистора 5 отличается от напряжения на конденсаторе 10 лишь на величину падения напряжения на диоде 9-1. .г При превьштении напряжением на конденсаторе 10 порогового значения происходит пробой стабилитрона 17 и открытие тиристора 16.Ток замыкается по цепи: входной вывод 23 - дроссель 21 35

предохранитель 6-1 - короткозамкнутый коллектор-базовьй переход транзистора 7-1 - предохранитель 8-1 - диод цепочки 9-1 - обмотка 14 трансформатора 15 тока - тиристор 16 - открытый ключ 2 - входной вывод 24.

При протекани -: тока через обмотку 14 трансформатора 15 тока на его обмотках 27, 28 и 37, 38 появляется имлульс напряжения, что приводит к

ткрытню тиристора 26 и появленшо | диничного сигнала на входе логичес- ого элемента ЗЮМ 35. На вькоде sjre ента ЗШМ 35 также появляется 1, воздействующая через элемент 40 на К-вход триггера 41, на вькоде которого устанавливается 0. Нулевой сигнал на первом входе логического элемента 2И. 45 запрещает прохождение актовых импульсов с задающего гене- атора 43 на вход триггера 44, ко- орый остается в состоянии, соот- :}етствующем включенному положению слючей 2,3. Кроме того, воздейст- ием нулевого сигнала на входы эле- leHTOB 2И 48, 49 снимаются отпираю- ;цие сигналы .с ключей 2,3, которые }акрываются.

После закрытия ключа 2 и открытия иристора 26 ток выжигания замыкает- :я по следующей цепи: входной вывод 23 - дроссель 21 - предохранитель -1 - короткозамкнутый коллектор-базовый переход транзистора 7-1 - предохранитель 8-1 - диод цепочки -1 - обмотка 14 трансформатора 15 гока - тиристор 16 - левая секция 1ервичной обмотки силового трансфор- laTopa 29 - резистор 30 - тиристор 16 - входной вывод 24. Направление гока через полуобмотку силового трансформатора 26 показана на фиг.1 ;трелкой. За счет падения напрялсения ia резисторе 27 протекает ток через :ветодиод оптопары 31 , в результате фотодиод этой оптопары открыт, и на входе логического элемента ЗИЛИ 35 сохраняется 1. Ток вьисигания предй кранителей на этом интервале времени эграничен резистором 30.

I При равном токе, протекающем через предохранители, первым срабатывает (перегорает) предохранитель 8-1 базовой цепи, так как по сравнению с .предохранителем 6-1 коллекторной епи он выбирается на меныпи й ток. |После перегорания базового предохра- Иителя 8-1 ток замыкается по следую- |щей цепи: выходной вывод 23 - дроссель 21 - предохранитель 6-1 - корот |козамкнутый коллектор-эмиттерньй пе- реход транзистора 7-1 - параллельные ветви, состоящие из последовательно соединенных диодов 1 9-1 ... 19-N-и дио цов цепочек 9-1...9-N,- обмотка 14 Трансформатора 15 тока - тиристор И 6 - полуобмотка силового трансформатора 29 - резистор 30 - тиристор 26 - входной вывод 24.

После перегорания предохранителя

6-15 которое длится единицы - десятки миллисекунд и составляет десятки - сотни периодов преобразования, в момент t ток в цепи выжигания прекра-- щается, прекращается также ток в

светодиоде оптопары 31, на входе и выходе логического элемента ЗИЛИ 35 устанавливается О, С задержкой,необходимой для наделшого закрывания тиристоров 16, 26 н определяемой элементом 39, в момент t на выходе логического элемента 2ШМ 20 также устанавливается О.

По фронту спада импульса задающе

го генератора 43 в момент/t триг|Т II

гер 41 переключается в 1,что ведет к разрешению прохождения выходных сигналов триггера 44 на входы цепей 46, 47 гальванической развязки. Триггер 44 находился в состоя-

НИИ предаварийного положения,поэтому вновь открываются ключи 2,3,и ток в первичной обмотке силового трансформатора 29 имеет направление, противоположное направлению тока,

протекающего при выжигании предохранителей, что обеспечивает изменение индукции силового трансформатора 29 в размагничивающем направлении. На выходе логического элемента 45 с мо-

мента t появляются импульсы, и нормальная работа устройства Восстанавливается,

40

По сравнению с прототипом в предлагаемом мостовом инверторе постоянного напряжения при отказе одного li.3 высоковольтных транзисторов с помощью плавких предохранителей отключаются коллекторный и базовый выводе ды отказавшего транзистора, что предотвращает шунтирование база-эмиттер- ных переходов исправных высоковольтных транзисторов в случае короткого замыкания всех выводов отказавшего транзистора.

50

55

Формула изобретения

Мостовой инвертор, содержащий силовой трансформатор и четыре управляемых ключа, каждый из которых состоит из N включенных через первые предохранители параллельно высоковольтных транзисторов, и вкгаоченный

в общую цепь нх эмиттеров управляющий транзистор, база которого через первый резистор соединена с управляющим входом управляемого ключа, к ко- терему подключены через N вторых резисторов цепи баз высоковольтных транзисторов, соединенные через N диодне-резистивных цепочек с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к эмиттеру управляющего транзистора, соединенному с катодом и первым выводом первого тиристора и первым выводом третьего резистора, второй вывод кеторего сое динен с управляющим электродом первого тиристора и первым выводом ста- б1 питрона, анод первого тиристора соединен с первым выводом первичной обметки трансформатора тока, вторич- мая обмотка которого подключена к управляющему входу одного из двух вторых тиристоров, .соединенных пе полумостовой схеме, выход которой через четвертый резистор соединен с отводом от средней точки первичней

обмотки силового трансформатора, а параллельно четвертому резистору через пятый резистор включены встречно последовательно соединенные входные цепи двух оптопар, выходные цепи которых подключены к блоку управления причем в цепь питания моста управляемых ключей включен дроссель, шунтированный встречно включенньпч первым диодом, отличающийся тем, чтоэ с целью повышения надежности путем введения заищты от короткого замыкания переходов высоковольтных транзисторов, в каждом управляемом ключе цепь базы калщего высоковольтного транзистора выполнена в виде второго предохранителя, подключенного одни;- выводом к базе высоковольтного транзистора, а другим выведем через встречно включенный второй диод - к его эмиттеру, второй вывод первичной обмотки трансформатора тока педключен к первому выводу конденсатора, а второй вывод стабилитрона соединен с анодом первого тиристора.