Преобразователь постоянного тока в постоянный Советский патент 1979 года по МПК H02M3/135 

1

Изобретение относится к промышленной электронике и может найти применение з устройствах электропитания двигателей постоянного тока,узлов автоматики и средств связи.

Известны схемы преобразователей постоянного напряжения, используемые в промышленной электронике в качестве регуляторов постоянного напряжения, а также в устройствах электропитания двигателей постоянного тока 1, 2.

Эти схемы содержат силовой и коммутирующий тиристоры, разрядный диод, шунтирующий нагрузку и узел принудительной коммутации. Поскольку напряжение на коммутирующем конденсаторе при работе этих преобразователей выше напряжения питания, коммутационные потери энергии составляют значительную величину.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой управляемый вентиль, шунтированный обратным диодом, вспомогательный управляемый вентиль, узел емкостной коммутации, коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, диод, разрядный диод, подзарядную цепочку и нагрузку 3.

Этот преобразователь обладает повышенными коммутационными потерями энергии

вследствие того, что напряжение на коммутирующем конденсаторе, следовательно, и на остальных эледментах узла емкостной коммутации, зависит от тока нагрузки. Потери энергии в конденсаторе пропорциональны квадрату напряжения, а в дросселе и вентилях- напряжению. Схемное время восстановления управляющих свойств тиристора при коммутации с огран 1ченным обратным напряжением в 1,5-4 раза больше паспортного времени. Это вызывает увеличение потерь в элементах контура. Поскольку напряжение на силовом и вспомогательном вентилях возрастает скачком, их обычно защищают от эффекта dU/dt / С-цепочками. Заряд конденсатора защ 1тной цепочки происходит через резистор, в нем выделяется то же количество энергии, которое накапливается в конденсаторе, что увеличивает коммутационные потери в узле кол1мутации.

Цель изобретения - снизить фактическое напряжение на коммутирующем конденсаторе, сократить схемное время, необходимое для восстановления управляющих свойств силового тиристора и снизить потери в защитной цепочке, что позволит уменьшить коммутационные потери энергии и тем самым повысить КПД преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в узел емкостной коммутации известного

iipeo6pa30BarcviH постоянного напряжения введен импульсный трансформатор с тремя оомотками, нервичная оомотка которого через выпрямительный мост подключена к источнику питания, конец одной вторичной обмотки через один из разделительных диодов подключен к общей точке коммутирующего конденсатора из коммутирующего дросселя, а через второй разделительный диод - к общей точке конденсатора и резистора защитной цепочки, защунтированпого дополнительным диодом, а начало вторичной обмотки подключено к отрицательному полюсу источника питапия, другая вторичная обмотка включена последовательно с оОратным диодом, шунтирующим силовой тиристор.

tla чертеже приведена схема преобразователя.

Преобразователь содержит силовой тиристор 1, соединенный с нагрузкой 2, которая щунтирована разрядным диодом 3. Параллельно тиристору 1 подключен вспомогательный тиристор 4, соединенный через вспомогательный диод 5 с нагрузкой, ilaраллельно тиристору 4 нодключена коммутирующая iC-цепочка, состоящий из конденсатора б и дросселя 7, а также защитная цепочка, состоящая из конденсатора 8 и резистора 9, защунтированпого дополнительным диодом 1U. К, источнику питапия через выпрямительный мост И, состоящий из диодов 12-15 подключена первичная обмотка 16 импульсного трапсформатора 17, конец одной вторичной обмотки 18 через разделительный диод 19 подключен к общей точке конденсатора б и дросселя 7, а через второй разделительный диод 20 - к общей точке конденсатора 8 и резистора 9, зашунтированного диодом 10, а начало вторичной обмотки 18 подключепо к отрицательному полюсу источника питапия. Начало другой вторичной обмотки 21 подключено к аноду обратного диода 22 щунтирующего тиристор 1, а конец - к катоду тиристора 1.

Схема работает следующим образом.

При подаче напряжеиия питания коммутирующий конденсатор 6 заряжается через дроссель 7, диод 5 и нагрузку 2. При включении силового тиристора i напряжепие питания прикладывается к нагрузке 2, и через нее протекает выходной ток. Для запирания силового тиристора 1 включается вспомогательный тиристор 4, и происходит колебательный перезаряд конденсатора 6 в коптуре, образованном тиристором 4, дросселем 7 и конденсатором 6. Через полпериода колебаний тиристор 4 занирается, и коммутационный ток начинает протекать через диод 5 в силовом тиристоре 1, уменьшая в нем суммарный ток до нуля. При запирании тиристора 1 открывается диод 22. При нарастании тока в цепи, щуитирующей силовой тиристор 1, в обмотке 21 импульсного трансформатора 16 возникает ЭДС самоиидукЦШ1, Г1олярнос1ъ которой такова, что происходит включение диодов 12, 14. Первичная обмотка 16 подключается при этом к источнику питания, и на обмотке 21 устанавливается постоянное напряжение. Соотношение между числом витков первичной обмотки 16 и обмотки 21 выбирается таким, чтобы величина обратного напряжения, прикладываемого к тиристору 1, составляла 20-ЗОВ. Схемное время восстановления управляющих свойств тиристора ири иапряжениях, больших 20 В, равно паспортному времени в отличие от известных схем с ограниченным обратным напряжением, у которых схемное время восстановления в 1,5-4 раза больше паспортного.

При выключении диода 22 начинается процесс дозаряда конденсатора 6 током нагрузки до амплитудного значения напряжения. Когда напряжение на конденсаторе 6 нрсвышает напряжение питания на 1-1,5В, открывается диод 19 и ко вторичной обмотке 18 прикладывается разность напряжений конденсатора 6 и источника питания.

Как только напряжение на первичпой обмотке 16 станет достаточным для отпирания пары диодов 13 и 15, дальнейший процесс заряда конденсатора 6 прекращается. Ток заряда конденсатора 6 начнет протекать в контуре, состоящем из диодов 3, 5, 19, дросседя 7 и вторичной обмотки 18 импульсного трапсформатора 17, минуя конденсатор 6. При насыщении трансформатора 17 конденсатор 6 разряжается до напряжения питания через источник, обмотку 18 и диод 19. Таким образом, амплитудное значение напряжения на коммутирующем конденсаторе 6 равно напряжению питания преобразователя.

При выключении диода 22 на тиристоре 1 возрастает прямое напряжение со скоростью, определяемой скоростью заряда защитного конденсатора 8 через дроссель 7 и диод 10. Поскольку емкость коммутирующего конденсатора 6 значительно больше емкости защитного конденсатора 8, можно считать, что заряд конденсатора 8 происходит от источника постояиного напряжения. Чтобы напряжение на конденсаторе 8 в результате колебательного характера заряда не превысило напряжение питания, конденсатор 8 подключен через диод 20 ко вторичной обмотке 18. Как только напряжение на конденсаторе 8 станет достаточным для отпирания диодов 13, 15, к первичной обмотке 16 трансформатора 17 подключается напряжение питания и дальнейший рост напряжения на конденсаторе защитной цепочки прекращается.

Разряд конденсатора 8 при включении тиристора 4 происходит через резистор 9, который выбирается из условия ограничения разрядного тока. При последующем включении силового тиристора 1 процессы в схеме повторяются.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного тока в постоянный, содержащий шунтированный обратным диодом силовой тиристор, параллельно которому включена цепочка из вспомогательных тиристора, зашунтированного коммутирующей LC-цепочкой, и диода, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен подключенной параллельно LC-цепочке защитной дспочко из конденсатора и резистора, шунтированного дополнительным диодом, и трехобмоточным импульсным трансформатором, первичная обмотка которого включена в диагональ переменного тока диодного моста, соединенного со входными выводами преобразователя, одна из вторичных обмоток включена последовательно с упомянутым обратным дио дом, а другая вторичная обмотка одним койцом соединена с одним из входных выводов преобразователя, а другим через соответствующие разделительные диоды связана с общими точками защитной и LC-цепочек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции № 2133653, кл. П 02 m 3/00, 1973.

2.Патент ФРГ N« 223589, кл. Н 02 m 3/14, 1973.

3.Гончаров Ю. П. и др. Автономные инверторы. Кишинев, «Штиинца, 1974, с. 122.

+

Я