Способ управления двухтактным инвертором Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 H02M7/537 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХТАКТНЫМ ИНВЕРТОРОМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Известен способ управления инвертором, в котором имеются силовые управляемые ключи, силовой трансформатор, первичная обмотка которого шунтирована конденсатором, и цепи управ ления силовыми ключами, при котором периодически коммутируют силовые управляем1.1е ключи и отпирание силовых ключей данного плеча двухтактной схе мы задерживают по отношению к моменту запирания силовых ключей другого плеч на фиксированное время l. Недостаток известного способа состоит в том, что в кривой выходного напряжения инвертора неизбежно появля ются провалы, т. е. интервалы, когда не передается энергия на вторичную сторону. Кроме того, при фиксированной задержке трудно обеспечить согласование времени перезаряда конденсатора, включенного параллельно первичной обмотке, с продоля йтельностью указанной задержки. Несогласование ведет к тому, что конденсатор начинает перезаряжаться током силовых ключей что вызывает потери энергии. Известен способ управления двухтактным инвертором, при котором фиксируют протекание тока перезаряда конденсатора, включенного параллельно первичной обмотке силового трансформатора, и отпирание .очередного по порядку работы силового ключа не производят до тех пор, пока ток перезаряда не станет меньше некоторой величины или не прекратится совсем 2. Недостаток известного способа состоит в сложности схемной реализации, так как необходимо иметь датчик тока перезаряда конденсатора. Кроме того, такой способ управления неприменим к мостовому инвертору, в котором возможна двухступенчатая коммутация силовых ключей, при которой уже произошло запирание нижнего силового ключа данного плеча, а верхний ключ - еще в СОСТОЯ1ШИ проводимости и ток его .замыкается через первичную обмотку трансформатора и диод, шунтирующий другой верхний силовой управляемый ключ. При таком режиме напряжение на первичной обмотке близко к нулю, ток перезаряда конденсатора отсутствует, но отпирание силовых управляемых ключей другого плеча производить еще рано, так как в проводящем состоянии верхний силовой Ключ ранее проводившего плеча мостового инвертора. Указанный способ управления не дает возможность предотвратить преждевременное отгхирание силовых ключей мосто,вого инвертора. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления двухтактным инвертором содержащем силовые ключи, силовой трансформатор, заключающийся в том, что формируют сигналы отпирания и запирания силовых ключей, контролируют напряжение между электродами выходной .цепи силовых ключей, сравнивают упомянутое напряжение с пороговым уровнем и запрещают проводящее состояние силового ключа, если напряжение между электродами его выходной цепи превыщает пороговый уровень 3, Это объясняется тем, что пороговое напряжение не может быть выбрано мёНь ше напряжения питания. Поэтому перезаряд емкостной нагрузки, включенной параллельно первичной обмотке силового трансформатора, производится током отпирающегося силового ключа, когда напряжение на нем еще вьш1е, чем напря жение питания. В результате в силовом ключе значительны коммутационные поте ри энергии и, как следствие, йизка надежность работы. Величина указанного порогового напряжения не может быть выбрана меньшей напряжения питания, так как в про тивном случае, независимо от комбинации сигналов на выходах коммутатора, осуществляющего переключение силовых ключей, оба они останутся в непровод щем состоянии, так как начальные напряжения на ключах равны напряжению питания, т. е. больше порога отпирания. Цель изобретения - уменьшить поте ри энергии при коммутации силовых уп равляемых ключей и повысить надежнос Поставленная цель достигается тем что при способе управления двухтактным инвертором, указанный пороговый уровень устанавливают меньшим напряжения питания, временно снимают запрет проводящего состояния силовых ключей при превышении напряжения на электродах выходной цепи силовых ключей над упомянутым пороговым уровнем, момент начала снятия запрета устанавливают совпадающим с началом первого такта работы инвертора, а момент окончания снятия запрета - до начала второго такта. Кроме того,. формируют единственный импульс запуска, меньший по длительности такта работы, синхронизируют начашо указанного импульса с появлением сигнала отпирания силового ключа первого плеча двухтактного инвертора. На чертеже представлена схема предлагаемого способа управления двухтактным инвертором. Он состоит из шин питания 1 и 2, силового трансформатора 3, конденсатора 4, шунтирующего первичную обмотку трансформатора 3, имеющую две секции 5 и 6; силовых управляемых ключей 7 и 8, возвратных диодов 9 и 10, шунтирующих управляемых ключей 11 и 12, элементов с пороговой проводимостью 13 и 14J токоограничивающих резисторов 15 и 16, коммутирующих диодов 17 и 18, управляемого ключа 19 цепи пуска инвертора, коммутатора 20, согласующих цепей 21 и 22, формирователя пускового импульса 23. В схеме (фиг. 1) между шинами питания Г и 2 включены две параллельные ветви, каждая из которых содержитосоединенные последовательно секцию 5 (.6) первичной обмотки силового трансфор матора 3 и выходнзто цепь силового управляемого ключа 7 (.8) , шунтированную возвратным диодом 9 ОО)- Параллельно входным цепям силовых управляемых ключей 7 и 8 включены шунтирующие управляемые ключи 11 и 12. Общая точка секций 5 и 6 первичной обмотки трансформатора 3 соединена с первой шиной питания 1, Между крайними выводами первичной обмотки BKjno4eH конденсатор 4. К управляющим электродам шунтирующих .управляемых ключей 11 и 12 подключены первые выводы элементов с пороговой проводимостью 13 и 14. Вторые выводы этих элементов подключены к шине 1 через токоограничивающие резисторы 15 и 16 и, кроме того, подключены к крайним вьшодам первичной обмотки 5 трансформатора 3 через коммутирующие диоды 17 и 18. Между общей точкой эле ментов 13, 15 и 17 и второй шиной питания 2 включена выходная цепь управляемого ключа 19 цепи пуска инвертора Выходы коммутатора 20 через согласующие цепи 21 и 22 соединены с управляющими электродами силовых управляемых ключей. Формирователь пускового импульса по входу связан с первым выходом коммутатора 20. Выход пусковой цепи соединен с управляющим электродом управляемого ключа 19 Способ управления двухтактным инвертором состоит в следующем. При начальном подключении к источнику питания на выходах первичной обмотки трансформатора 3 устанавливается потенциал, равный напряжению питания . Этот потенциал вьше порога проводимости элементов 13 и 14, и поэтому коммутирующие диоды 17 и 18 будут находиться в состоянии отсечки и током резисторов 15 и 16 шунтирующие управляемые ключи 1I и 12 будут переведены в состояние высокой проводимости. Поэтому сигнгшы с выхода коммутатора 20 не поступают на управляющие электроды управляемых силовых ключей 7 и 8, и последние будут находиться в запертом (выключенном) состо янии независимо от комбинации сигналов на выходах коммутатора 20. Такое состояние инвертора может сохраняться неограниченно долго. В соответствии с предлагаемым способом управления, формирователь импульсов запуска 23 вырабатывает этот единственный импульс в момент начала первого такта (синхронизации формирователя обеспечивается за счет связи, первого выхода коммутатора 20 и входной цепи формирователя 23). Длительность формируемого импульса меньше длительности такта работы двухтактного инвертора. Указанным импульсом управляемый ключ 19 переводится в состояние высокой проводимости, и про исходит запирание 13с пороговой проводимостью и шунтирукнцего управляемого ключа 11. При этом сигналом с первого выхода коммутатора 20 силовой управляемый ключ 7 переводится в состояние высокой проводимости. Пусковой импульс, в соответствии с предлагаемым спосрьом управления, снимают до завершения -первого такуа. работы, т. е. когда.силовой ключ 7 0 находится в состоянии высокой проводимости.. При запирании управляемого ключа 19 в момент окончания пускового импульса ток резистора 15 переключается в коммутирующий диод 17, а элемент 13 с пороговой проводимостью оказывается в обесточенном состоянии, и соответственно в состоянии низкой проводимости остается шунтирующий управляемый ключ II, Этим обеспечивается сохранение состояния проводимости силового управляемого ключа 7 до конца первого такта, пока не произойдет изменение состояния коммутатора, и сигнал 1 перейдет с первого выхода на второй. К концу первого такта в магнитном поле первичной обмотки накапливается энергия, достаточная для перезаряда конденсатора 4. Поэтому после перехода силового управляемого ключа в со- стояние иизко проводимости начинается процесс изменения напряжения на обмотках силового трансформатора, обусловленный накопленной в нем энергией магнитного поля. Во время этого- процес а напряжение на силовом управляемом ключе возрастает, и, в соответствии с предлагаемым способом управления когда это напряжение достигнет jioporoвого значения, которое (фиг. 1) установлено меньшим напряжения питания за счет соответствующего выбора параметров элементов 13 и 14, запрется диод 17, ток резистора 15 переключится во входную цепь управляемого шунтирующего ключа I1 через элемент 13, и ключ 11 перейдет в состояние высокой проводимости, препятствующее отпиранию силового ключа 7. Во время коммутационного процесса, происходящего за счет энергии, накопленной во время первого такта в трансформаторе 3, напряжение на силовом ключе 8 уменьшается. При этом ключ 8 остается в состоянии низкой проводимости, несмотря на то, что на втором выходе коммутатора 20 уже появился сигнал 1. Это связано с тем, что, в соответствие с предлагаемым способом управления, отпирание силового управляемого ключа 8 будет разрешено только после момента, когда напряжение на нем упадет ниже порогового значения. В схеме (фиг. I) реализация такого принципа управления обеспечивается тем, что ток резистора 16 поступает через элемент 14 во входную цепь шун8тирующего управляемого ключа до тех пор, пока напряжение на силовом ключе не упадет до значения, равного порогу проводимости элемента 14. При этом ток резистора 16 переключится в коммутирующий диод 18, последовательно во времени произойдет запирание элемента 14 и шунтирующего управляемого ключа 12, и тогда сигналом с выхода коммутатора 20 управляемый ключ 8 будет переведен в состояние проводимости. После перехода силового ключа 8 в состояние высокой проводимости дозаряд конденсатора 4 происходит током этого ключа. Однако, возникающие при этом потери энергии в силовом ключе невелики, так как изменение напряжения на конденсаторе во время процесса его дозаряда не превосходит величины упомянутого выше порогового уров ня , который выбирают много меньшим напряжения питания (в схеме на фиг, 1 это достигается соответствующим выбором порогов проводимости элементов 13 и 14) . После отпирания силового ключа 8 он поддерживается в этом состоянии в течение всего времени, пока на втором выходе коммутатора 20 действует сигнал 1, так как управля емый шунтирующий ключ 12 - в состоянии низкой проводимости, поскольку ток резистора 16 продолжает протекать через коммутирующий диод 8 и выходную цепь силового управляемого ключа 8, а элемент 14 остается в состоянии низкой проводимости. После изменения состояния коммутатора процессы в схеме происходят аналогично . Преимущества предлагаемого способа состоят в том, что при использовании способа управления уменьшаются потери энергии, так как перезаряд конденсато ра, включенного параллельно первичной обмотке трансформатора происходит поч ти полностью за счет энергии магнитно го поля, накопленной в трансформаторе а отпирание силового ключа происходит в момент, когда напряжение на нем сни зилось почти до .нуля. Кроме того, повышается надежность работы силовых уп 8 aвляe шx ключей за счет уменьшения оммутационньпс потерь и перегрузок по оку. Формула изобретения 1. Способ управления двухтактным инвертором, содержащем силовые управляемые ключи, силовой трансформатор заключающийся в том, что формируют сигналы отпирания и запирания силовых ключей, контролируют напряжение между электродами выходной цепи силовых ключей, сравнивают упомянутое напряжение с пороговым уровнем и запрещают проводящее состояние силового ключа, если напряжение между электродами его выходной цепи превышает пороговый уровень, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь энергии и позьш1ения надежности, указанный пороговый уровень устанавливают меньшим напряжения питания, временно снимают Запрет проводящего состояния силовых ключей при превьш1ении напряжения на электродах выходной цепи силовых ключей над упомянутым пороговым уровнем, момент начала снятия запрета устанавливают совпадающим с началом первого такта работы инвертора, а момент окончания снятия запрета устанавливают до начала второго такта. 2о Способ по п. о т л и ч а .ю щ и и с я тем, что формируют единственный импульс запуска инвертора меньший по длительности такта работы, синхронизируя качало указанного импульса с появлением сигнала отпирания силового ключа первого плеча двухтактиого инвертора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.МоинВ. С. и Лаптев Н. Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, 1972, с. 350, рис.-19. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2500973/24-07, 22.06.77. 3.Сборник Проблемы преобразовательной техники. К., Институт электродинамики АН УССР. т. Ill 1979, с. 154, рис.1,2.

а -КН

Л/«

гг