Мостовой преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных источниках питания и в преобразователя.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

„„Я0„„1429260 А 1 (5l)4 Н 02 М 7!5387

4(,"»

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ,р Ф „ ДФ, фф СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

М-, " . .".=-:- 4 РЕСПУБЛИК ъ „-" :У-

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4215998/24-07 (22) 27.03.87 (46) 07.10.88. Бюл. Р 37 (72) И.И.Филиппов и В.П.Фоминых (53) 621.314.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 754616, кл. Н 02 М 7/537, 1980.

Электронная техника в автоматике.

Сборник./Под ред. И.И.Конева, М.:

Радио и связь, 1984, вып. 15, с. 194204..

Авторское свидетельство СССР

И 1261073, кл. Н 02 М 7/537, 1985. (54) МОСТОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАЛРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных источниках питания и в преобразователях электропрнводов с повышенным напряжением питания. Цель— повышение надежности путем уменьшения перегрузок полупроводниковых ключей. устройство содержит полупроводниковые ключи 1-4, выполненные из последовательно соединенных управляю1429260 щего транзистора 5 и N включены х параллельно через предохранители 6.1—

6.N высоковольтных транзисторов 7,17.N, узел управления 31. Первичная обмотка силового трансформатора 26 крайними выводами подключена к диагонали переменного тока преобразователя, а средним выводом соединена через токоограничиваищий резистор 27 с точкой соединения последовательно

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в

:мощных источниках питания и в преоб-разователях электроприводов с повы:щенным напряжением питания. 5

Цель изобретения — повью ение надежности .путем уменьнения перегру3оК проводниковых кличей.

На Лиг.l представлена электрическая схема преобразов-ателя; íà Ьиг.2- 10 схема узла управления; на Аиг.3— временные диаграммы напряжений на элементах узла управления с индексом, соответствующими номеру данного эле1 1 мента.

Мостовой преобразователь постоянного напряжения (Лиг.1) содержит полупроводниковые ключи 1-4, каждый из которых состоит из последовательно соединенных высокочастотного управ20 ляищего транзистора 5 и И включенных параллельно через предохранители 6.16.N высоковольтных транзисторов 7.17 N Базовые выводы высоковольтных

° °

25 транзисторов 7.1-7.N через диоднорезистивные цепочки 8.1-8.N подключены к одному вывопу конденсатора 9, второй вывод которого соединен с эмит тером управляющего транзистора 5.

Базовый вывод управляющего транзистора 5 через резистор 10 подкличен к управляющему выводу ключа, с которым также соединены через диод 11 и токоограничиваищие резисторы 12.1—

12.N базовые выводы высоковольтных транзисторов 7.1-7.N. Параллельно управляющему транзистору 5 через первую обмотку 13 трансформатора 14 тока подключен тиристор 15. Параллельно конденсатору 9 включены последовательно соединенные стабилитрон 16 и резисв кличенных тирис торов 2? и 23. При отка..-,е одного из высоковольтных транзисторов происходит закрытие кличей преобразователя, открывается один из тиристоров 22,(23) и тиристор, щунтируищий управляющий транзистор аварийного клича, образуя цепь для выжигания соответствующего предохранителя, После выгорания предохранителя работа устройства восстанавливается, 3 ил. тор 17, при этом точка соединения стабилитрона 16 и резистора 17 соеди-. нена с управляющим входом тиристора

15, Через дроссель 18„ щунтированный, диодом 19, к входным выводам 20 и 21 подключены последовательно соединенные тиристоры 22 и 23„ к управляющим входам которых подключены вторые обмотки ?4 и 25, трансформатора 14 тока. Первичная обмотка силового трансформатора 26 средним выводом соединена через токоограничиваищий резистор

27 с точкой соединения тиристоров 22 и 23> а крайними выводами подключена к диагонали переменного тока мостового преобразователя. Излучаищие элементы оптропар 28 и 39 соединены встречно-параллельно и через дополни гельный резистор 30 подключены параллельно токоограничиваищему резистору 27.

Узел 31 управления (фи".2) содер— жит логический элемент 3 ИЛИ 32, вхо, ды которого соединены с фотодиодами оптопар ?8 и 29 и через согласуишую цепь 33 с третьими обмотками 34 и 35 трансформатора 14 тока. Выход логического элемента 3 ИЛИ 32 подключен к первоьг. входу и через элемент 36 задержки к второму входу логического элемента 2 ИЛИ 37, выходом соединенного с R-входом триггера 38. На 1)-вход триггера 38 подан сигнал логической единицы, а С-вход через логический элемент ElE 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 кличей 1-4 подключены че) 4;."ч260 рез пепи 43 и 44 1 «льнянической развязки к выходам логических элементов

2И 45 и 46, вход-1 которых соединены с выходами триггеров 38-и 41.

Преобразователь работает следующим образом„

В нормальном режиме работы, когда все транзисторы н ключах.1-4 исправны, происходит поочередняя коммутация ди- 10 агонально противоположных кличей 1,4 и .,3. Переключение ключей в нормальном режиме осуществляется следующим образом. При положительной полярности управляющего сигнала относительно 15 эмиттера транзистора 5 ток управления, протекая по первой последонательной цепи: диод 11 — резисторы 12.1-12.N— база-эмиттернне переходы высоковольтных транзисторов 7.1-7.N — коллектор- 20 эмиттерный переход управляющего транзистора 5 и по второй последовательной цепи: резистор 10 — баня-эмиттерный переход управляющего транзистора

5, поддерживает управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы

7.1-7.N н насыщенном состоянии. Ток нагрузки протекает через предохранители 6.1-б.N, высоковольтные транзисторы 7 ° 1-7.N и управляющий транзистор 30

5.

При изменении полярности управляющего сигнала транзистор 5 закрывается, отключая эмиттерн высоковольтных транзисторон 7.1-7.N. Вследствие того, что высоковольтные транзисторы более инерционны, чем низковольтный высокочастотный управляющий транзистор 5, они остаются в насыщенном состоянии. Ток нагрузки начинает проте- 40 кать через база-коллекторнне переходы высоковольтных транзисторов 7.17.N, диоды цепочек 8,1-8.N, конденсатор 9. В результате под действием тока нагрузки происходит рассясывание носителей заряда из коллекторннх и базовых слоев высоковольтных транзисторов 7.1-7.N гри отключенных их база-эмиттерных переходах, т.е. закрытие высоковольтных транзисторов происходит по схеме с общей базой. 11о окончании процесса рассасывания высоковольтные транзисторы 7.1-7.М запираются, заряд конденсатора 9 прекращается, 55

С появлением отпирающего импульса напряжений управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7.1-7.М открываются и конденсатор 9 разряжается через резисторы цепочек 8,1-H.N, база-эмпттернне переходы высоковольтных транзисторов 7.1-7,N и управляющий транзистор 5. Происходит Anpcvpoванное включение высоковольтных трлнзисторон за счет энергии, накопленной н конденсаторе 9 ня интервале рассаснвяпия носителей заряда.

В нормальном режиме работы, до момента времени t (Лиг.31, ня выходе триггера 38 сигнал соответствует логической единице, рязрещяющей прохождение выходных импульсов задающего генератора 40 на вход триггера 41 и выходных сигналов триггера 4! на нходы 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. Прп этом наиболее опасен выход из строя высоковольтных транзисторов коротким замыканием его переходов.

Предположим, что в момент времени когда открыты ключи 2 и 3, происходит отказ транзистора 7.1 в ключе 1. Образуется следующяя цепь протекания тока: первый входной вывод

20 — дроссель 18 — предохранитель

6.1 — короткоэамкнутый коллектор-базовый переход, транзистор 7 ° !-- диод цепочки 8 ° 1 — конденсатор 9 — открытый ключ 2 — второй входной вывод 21, Нарастание тока ограничивается дросселем 18. Конденсатор 9 заряжается, . при этом напряжение на переходе коллектор-эмиттер-управляющего транзистора 5 может превьпчать напряжение на конденсаторе 9 только на величину напряжения лавинного пробоя базаэмиттерного перехода высоковольтного транзи -ора 7.1.

При превьпчении напряжения на конденсаторе 9 порогового значения происходит пробой стабилитрона 16 и открытие тиристоря 15. Ток через предохранитель 6,1 замыкается по цепи . первый входной выход 20 — дроссель

18 — предохранитель 6.1 — короткозамкнутый транзистор 7.1 — обмотка !3 трансАормяторя 14 тока 14 — тиристор

15 — îTKðûòûé ключ 2 — второй входной вывод 21.

При протекании тока через обмотку

13 трансформатора 14 тока на его обмотках ?4,25,34 и 35 гоявляется нап14292 ряжение, что приводит к oòêðûòèí тиристора 23 и появлении едкничного сигнала на входе логического элемента

ЗИЛИ 32. На выходе элемента ЗИЛИ 32

5 также появляется единица, что ведет к появлении единичного сигналя ня

R-входе триггера ЗВ, ня выходе которого устанавливается О . Нулевой сигнал на входе логического элемента 2И ,. 42 приводит к нулевому сигналу на вхо::де триггера 41 и триггер 41 остается ,: в состоянии, соответствующем вкличен наму положении кличей 2 и 3. Так как

:на входах логических элементов 2И 45 и 46 появляется нулевой сигнал, на их выходах также "0", что ведет к закрытию кличей 2 и 3.

Ток через предохранитель 6.1 замы,:кается по цепи: первый входной вывод 20

:20 — дроссель 18 — предохря,ктель 6,1 ,короткозамкнутый транзистор 7,1 — об,:мотка 13 трансформатора 14 тока—

:: тиркстор 15 — левая секция первичной обмотки силового трансформатора 26 — 25 резистор 27 — тиристор 23 — BvOpOH входной вывод 21. Направление тока через полуобмотку силового трансАор маторя ?6 показано на фиг„1 стрелкой, Зя счет падения напряжения на токо- 30 ограничивающем резисторе 27 протекает ток через светодиод аптопары ?8, в результате чего на входе логическа" го элемента ЗИЛИ 32 сохраняется "1" на время перегорания предохранителя

6.1, После перегорания предохранителя

6.1, которое составляет десятки-сотни периодов преобразования, в момент времени ty, ток в контуре прекращает- р0 ся, прекращается также в светодиоде оптопяры 28, на входе и выходе логического элемента ЗИЛИ 32 устанавливается "О". С задержкой, необходимой дл i надежного закрывания тиристоров

15 и 23 и определяемой элементом 36, в момент времени tq на выходе логического элемента 2ИЛИ 37 также устанавливается "0".

По фронту спада импульса задаище- 5, го генератора 40, в момент времени триггер 38 переключается в единиР ц, что ведет к разрешении прохождения выходных сигналов триггера 41 на входы цепей 43 и 44 гальванической развязки. Триггер 41 находится в состоянии предяварийного положения, поэтому вновь открывяится кличи 2 и 3 и ток в первичной обмотке силового

60 6 трансформатора 26 имеет направление, противоположное току, протекяищему при Выжигании предохранителя 6„1.

На выходе логического элемента 42 с момента времени t появляются тякта-.

4 вые импульсы и нормальная работа устройства восстанавливается. Тяк как длительность тактового импульса невелика, интервал времени t -t пряктически соответствует полупериоду, и мягнитопровод силового трансформатора с первого импульса входит в у-становившийся режим, Я преобразователе исключается перегрузка транзисторов кличей при восстановлении работы преобразователя после выжигания предохранителей и улучшаются энергетические и динамические характеристики.

Формул а изобретения

Мостовой преобразователь постоянного напряжения, содержащий полу; ров одниковые кличи, каждый кз которых состоит кз последовательно соециненных N включенных параллельно через предохранители высоковольтных транзисторов, управляющего транзистора,. базовый вывод которого через резистор подключен к управляющему выводу клича, с которым также соединены .через диод к первый токоаграничиняищие резисторы базовые выводы высоковольтных транзисторов, два последователь— но соединенных тирксторя, подключенных к цепям входных выводов преобразователя, силовой трансформатор, первичная обмотка которого средним выводом соединена через второй токоограничиваищий резистор с точкой соединения тиристоров, а крайними выводами подключена к диагонали переменного тока мостового преобразователя, трансформатор тока, узел управления, содержащий задающий генератор, первый триггер, о т л и ч а и и к и с я тем, что, с целью пoBûèåíèÿ надежности путем уменьшения перегрузок полупровnäíèêîâíõ кличей, введены первая и вторая оптопары, излучающие элементы которых соединены встречно-параллельно и через дополнительный резистор подключены параллельно второму токоограничиваищему резистору, в каждый полупроводниковый клич введены тиристор, подключенный параллельно управляющему транзистору через первую

1ч 29? обмотку трансформатора тока, и последовательно соединенные стабилитрон и резистор, включенные параллельно введенному конденсатору один из выл

5 водов которого через диодно-резистивные введенные цепочки соединен с базами высоковольтных транзисторов, а другой вывод подключен к эмиттеру управляющего транзистора, при этом 1б 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 ЗИЛИ, 2ИЛИ, HF., при этом входы логического элемента ЗИЛИ соединень1 соответственно с фотодиодами оптопар и через согласующую цепь — с третьими обмотками трансформатора тока, а

60 8 выход логического элемента ЗИЛИ подключен к первому входу и через элемент задержки — к второму входу элемента 2ИЛИ, выходом подключенного к

R-axopy, P-вход которого соединен с источником, обеспечивающим 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" рого- и третьего логических элементов

2И подключены к управляющим входам ключей преобразователя через цепи гальванической развязки, а входы соединены с выходами первого и второго триггеров.

1429260

Составитель T. Åðnlîâ à

Техред A.Êðàâ÷óê

Корректор С. Черни

Редактор А.Коэориз

Заказ 5139/53

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у . р л П оектная 4

Р Ъ)д

llj (Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5