Коммутационное устройство Советский патент 1982 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в системах- преобразования электрической . энергии. Известно коммутационное устройство содержащее силовой ключ, последовательно с выходной цепью которого включена нагрузка индуктивного харак- тера и цепь, ограничивающая напряжение на ключе при переходе его в состояние низкой проводимости, а параллельно выходной цепи включена последовательная цепь, содержащая сое диненные последовательно конденсаторы и диод, причем диод шунтирован резистором 1 . Недостаток известного устройства заключается в значительных потерях энергии, так как при каждом отпирании силового ключа энергия, накопленная в конденсаторе передается в резистор. Наиболее близким к изобретению является коммутационное устройство. содержащее основной силовой ключ, пос ледобательно с которым включена нагрузка индуктивного характера, цель ограничения напряжения на основном силовом ключе и первую последовательную цепь, состоящую из диода, подключенного к первому входному выводу , и конденсатора, шунтируюв1ую выходную цепь основного силового ключа, и узел возврата энергии, выполненный на магнитном реакторе, первый вывод обмотки которого подключен к первому. входному.-выводу, и дополнительный диод, образующие вторую последовательную цепь, подключенную ко второму выходному выводу указанного узла возврата энергии, и . дополнительном-силовом ключе Г27. Недостаток этого устройства заклю чается в значительных потерях эиергки при отпирании транзисторов.Целью изобретения является повышение КПД устройства. Поставленная 393 цель достигается тем, что в коммутационном устройстве выходная цепь указанного дополнительного силового ключа включена между средней точкой первой последовательной цепи и вторым выводом обмотки магнитного реактора, причем со средней точкой первой последовательной цепи соединен электрод дополнительного силового ключа, являющийся общим для его входной и выходной цепей, а к управляющему электроду дополнительного силового ключа подключена токозадающая цепь. В первом варианте коммутационного устройства упомянутая токозадающая цепь содержит резистор, один вывод которого соединен с управляющим электродом дополнительного силового ключа а второй - с первым выходным выводом. Во втором варианте коммутационного устройства токозадающая цепь дополнительно включает в себя третью последо вательную цепь, содержащую соединенны последовательно вторую обмотку магнитного реактора, резистор и диод,и указанная третья Последовательная цеп включена параллельно входной цепи дополнительного силового ключа. На фиг. 1 представлена схема перво го варианта коммутационного устройстг ва с односекционной первой охоткой магнитного реактора, на фиг. 2 - то же, второй вариант с двухсекционной первой обмоткой магнитного реактора. Схема на фиг. 1 содержит первый и второй выходные выводы 1 и 2 коммутационного устройства, содержащего основной силовой ключ 3, последовательно с которым включена нагрузка индуктивного характера k, цепь ограни чения напряжения на основном силовом ключе 5 и первую последовательную цепь, шунтирующую выходную основного силового ключа и образованную : соединенными последовательно диодом 6 и конденсатором 7, вторую последова-( тельную цепь образуют обмотка 8 магнитного реактора 9 и дополнительный диод 10, подключенный к общей точке диода 5 и конденсатора 7 или непосредственно ко второму выводу выходная цепь дополнительного силового ключа 1 включена между средней точкой первой последовательной цепи и вторым выводом обмотки 8, токозадающая цепь резистор 12. На фиг. 2 токозадающая цепь дополнительно включает в себя третью после довательную цепь, образованную соеди54ненными последовательно дополнительной обмоткой 13 магнитного реактора, резистором 1 и диодом 15. Устройство работает следующим образом. До поступления отпирающего сигнала на управляющий электрод основного.сиг лового ключа 3 конденсатор 7 заряжен, При отпирании основного силового ключа 3 внешним сигналом этот конденсатор разряжается, а ток разряда вызывает отпирание дополнительного силового ключа 11 и поэтому ток появляется в его выходной цепи и замыкаемся через обмотку 8 магнитного реактора 9. Изза наличия индуктивности обмотки 8 указанный ток нарастает плавно от нуля , а по мере роста тока уменьшается напряжение на конденсаторе 7 и отпирающее смещение во входной цепи дополнительного силового ключа 11. Когда конденсатор разряжается почти полностью и отпирающего смещения недостаточно для поддержания дополнительного силового ключа 11 в состоянии проводимости, последний переходит сначала в режим ограничения тока,а затем в непроводящее состояние.До перехода в режим ограниничения тока, а затем в непроводящее состояние. До перехода в режим ограни чения тока дополнительного силового ключа 11 энергия конденсатора при его разряде почти без потерь (незначительные потери имеются в резисторе. 12 и в выходных цепях силовых ключей 3 и 11 переходит в энергию магнитного поля в сердечнике магнитного реактора. При переходе дополнительного силового ключа 11 в режим ограничения тока часть энергии конденсатора 7 выделяется в выходной цепи этого ключа. Для уменьшения потерь энергии в выходной цепи дополнительного ключа 11 введена дополнительная цепь динамического отпирающего смещения, образованная обмоткой 13, резистором 1 и диодом 15. Эта цепь за счет трансформации энергии из обмотки 8 в обмотку 13 позволяет с меньшими затратами, чем в резисторе 17, поддерживать проводящее состояние дополнительного силового ключа 11,, пока происходит разряд конденсатора. После разряда конденсатора 7 и запирания дополнительного силового ключа 11 из магнитного реактора 9 выводится накопленная энергия. В схеме на фиг. 1 ток обмотки 8 замыкается через диод 10 и выходную цепь основного силового ключа 3, пока он находится в проводящем состоянии. Если по условиям работы этого ключа он пребывает в состоянии проводимости незначительное время, реактор за это время не успевает растратить энергию полностью, и посл запирания основного силового ключа о тавшаяся энергия передается вновь в конденсатор 7 (ток обмотки 8 вместе с током нагрузки 4 заряжает конденсатор . В схеме на фиг. 2 после запирания дополнительного силового ключа 11, о пирается диод 10 и ток обмотки 8 замыкается через источник питания, обеспечивая возврат (рекуперацию эне гии , переданной из конденсатора 8 в магнитный реактор 3- Выполнение обмотки 8 двухсекционной пoзвoляet уменьшить потери за счет уменьшения напряжения на запертом дополнительно силовом ключе во время процесса рекуперации энергии, и за счет уменьше ния тока, протекающего через диод 10 и источник питания. Уменьшение потерь энергии в сравнении с известным устройством в изоб ретении обеспечено за счет рекуперации эне(Й-ии из конденсатора в источник питания при каждой коммутации силового ключа 3. Формула изобретения Коммутационное устройство, содержащее основной силовой ключ, последо вательно с которым включена нагрузка индуктивного характера, цепь огра ничения напряжения на основном силовом ключе и первую последовательную цепь, состоящую из диода, подклю ченного к первому входному выводу, и конденсатора, шунтирующую выходную , цепь основного силового ключа, узел возврата энергии, выполненный на магнитном реакторе, первый вывод обмот-ки которого подключен к первому входному выводу и дополнительном диоде, об разукнцие вторую последовательную цепь, подклю ченную к второму выходному выводу указанного узла возврата энергии, и дополнительный силовой ключ, отличающееся тем, что, с целью повышения KFlflj выходная цепь указанного дополнительного силового ключа включена между средней точкой первой пос/ едовательной цепи и вторым выводом обмотки магнитного реактора, причем со средней точкой первой последовательной цепи соединен электрод дополнительного силового ключа, общий для его входной и выходной цепей, а к управляющему электроду дополнительного силового ключа подключена токозадающая цепь. 2.Устройство по п.Т, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что токозадающая 4 цепь содержит резистор один вывод которого соединен с управляющим электродом дополнительного силового ключа, а второй - с первым входным выводом. 3.Устройство по П.1 и 2, отличающееся тем, что токоЬадающая цепь дополнительно включает в себя третью последовательную цепь, образованную соединенными последовательно дополнительной обмоткой магнитного реактора, резистором и диодом, и указанная последовательная цепь подключена параллельно входной цепи дополнительного силового ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Моин B.C. и Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, 1972, с, , рис. 9-18а . 2.Электронная техника в автоматике. Сборник под ред. Ю.И.Конева, Вып, 8, Советское радио, 1978, с. 173-183, рис. 35. ,