Мостовой инвертор

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А3 (51) 4 Н 02 М 7/538

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 441 5423/24-07 (22) 19 ° 02.88 (46) 15.12.89. Бюл. N - 46 (72) И.И. Филиппов, В.П. Фоминых и А.А. Мазунов (53) 621.314.58 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 218230, кл. Н 02 М 7/538, 1967.

Авторское свидетельство СССР

У 1429260, кл. Н 02 М 7/538, 1986.

„„SU„„>529383

2 (54) МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР (57) 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

1529383

N высоковольтных транзисторов 7-1...

7-N, соединенных параллельно через первые предохранители 6-1...6-N а в цепь их эмиттеров включен общий уп.равляющий транзистор 5. В базовые

:цепи высоковольтных транзисторов

7-1... 7-N включены вторые предохра,нители 8-1...8-N, защищающие от ! коротких замыканий всех переходов этих

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

Цель изобретения — повышение íà- 20 ежности путем введения защиты от короткого замыкания переходов высоковольтных транзисторов.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого мостового инвертора; на 25 иг,2 — схема блока управления, на иг ° 3 — временные диаграммы, поясяющие его работу (индексы при пееменных соответствуют номеру эле, ента схемы на фиг.2).

Мостовой инвертор (фиг.1) содержит правляемые ключи 1-4. Каждый ключ остоит из по<.ледовательно соединеных управляющего транзистора 5 и N ключенных параллельно через первые

35 редохранители 6-1. ° . 6-N высоковольтых транзисторов 7-1.. ° 7-N. Базовые выводы высоковольтных транзисторов

7-1...?-N через вторые предохраниIòåëè 8-1...8-N и диодно-резистив40 ,ные цепочки 9-1. ° .9-N подключены, к 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 12. К катоду диода 12 подклю:чены выводы таковыравнивающих вторых резисторов 13-1...13-И„ вторые выводы которых соединены с общими точками предохранителей 8-1...8-N u .цепочек 9-1...9-N. Параллельно конденсатору 10 через первичную обмотку

14 трансформатора 15 тока подключен .первый тиристор 16. Последовательно соединенные стабилитрон 17 и третий .резистор 18 включены параллельно транзисторов. При коротком замыкании переходов повышается напряжение на конденсаторе 10, открываются стабилитрон 17 и первый тиристор 16.

Трансформатор 15 "àêà открывает соответствующий, второй тиристор (25, 26) и через четвертый резистор 30 осуществляется выжигание первых и вторых предохранителей 6„ 8. 3 ил. тиристору 16, при этом общая точка стабилитрона 17 и резистора 18 соединена с управляющим выводом тиристора 16. Между эмиттерами высоковольтных транзисторов 7-1...7-N u точками соединения базовых предохранителей 8-1...8-N резисторов 13-1...

13-N и цепочек 9-1...9-N включены диады 19-1...19-N. Диод 20 предназ- 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 управляющим входам которых подключены вторичные .;бмотки 27, 28 трансформатора 15 тока. Первичная обмотка силового трансформатора 29 отводом средней точки соединена через токоограничивающий четвергый 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 пятый резистор 33 подключены параллельно резистору 30, Блок 34 управления (фиг.2) содержит логический элемент 3 ИЛИ 35, входы которого соединены с фотодиодами оптопар 31, 32 и через согласующую цепь 36 с обмотками 37, 38 трансформатора 15.,Выход 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 4 1. На D-вход триггера 41 подан сигнал "1", а С-вход через логический элемент НЕ 42 соединен с выходом задающего генератора

43, Счетный вход триггера 44 соед й1529383

55 нен с выходом логического элеменга 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 следующим образом.

В нормальном режиме работы, когда все 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-И вЂ” базовые пре- " дохранители 8-1...8-N — база-эмиттерные переходы высоковольтных транзисторов 7-1...7-N — коллектор-эмиттерный переход управляющего транзистора

5, и по второй последовательной цепи: резистор 11 — база-эмиттерный переход управляющего транзистора 5, поддерживает управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7-1...

7-N в насыщенном состоянии. Ток нагрузки протекает через предохранители 6-1...6-N транзисторы 7-1... 7-N и транзистор 5.

При изменении полярности управляющего сигнала транзистор 5 закрывается, отключая эмиттеры высоковольтных транзисторов 7 — 7-N.

Вследствие того, что высоковольтные транзисторь» более инерционны, чем высокочастотный низковольтный управляющий транзистор 5, они остаются в насыщенном состоянии. 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 высоковольгных транзис5

50 торов 7-1... 7-N при отключенных их база-эмиттер. ых переходах, т.е. закрытие высоковольгных транзисторов происходит по схеме с общей базой.

По окончании процесса рассасывания высоковольтные транзисторы 7-1...

7-N закрываются, и заряд конденcàòîðà 10 прекращается.

С появлением опирающего импульса напряжения упра вляющий трап зистор

5 и высоково:»ьтны транзисторы 7-1..

7-И открываются, и конденсатор 10 разряжается через резисторы цепочек

9-1...9-N базовые предохранители

8-1...8-И, база-эмиттерные переходы высоковольтных транзисторов 7-1...

7-N и управляюшнй транзистор 5.

Происходит формированное включение высоковольтных транзлсторов за счет энергии, накопленной в конденсаторе l0 на интервале рассасывания носителей заряда.

Предположим, что в момент (фиг.3), когда открьггы ключи 2 и 3, произошел отказ транзистора 7-! в ключе 1. При этом образовалось короткое замь.канне не только коллекторбазового, но и база-эмиттерного перехода 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 дросселем 21. Конденсатор 10 заряжается,при этом напряжение на переходе коллектор — эмиттер управляющего транзистора 5 отличается от напряжения на конденсаторе 10 лишь на величину падения напряжения на диоде 9-1.

При превышении напряжением на конденсаторе 10 порогового значения происходит пробой стабилитрона 17 и открытие тиристора 16.Ток замыкается по цепи: входной вывод 23 — дроссель 21— предохранитель 6-1 — короткозамкнутый коллектор-базовьп» переход гранзистопа 7-1 — предохранитель 8-1 диод цепочки 9-1 — обмотка 1-> трансформатора 15 тока — тирпстор 16 открытый ключ 2 — входн ой вывод 24, При протеканик тока через обмотку

14 трансформатора 15 тока на его обмотках 27, 28 и 37, 38 появляется импульс напряжения, что приводит к

1529383 ткрытию тиристора 26 и появлению диничного сигнала на входе логичес> ого элемента ЗИ31И 35. На выходе эле ента ЗИЛИ 35 также появляется "1", оздействующая через элемент 40 на

1 -вход триггера 41, на выходе кото1 oro устанавливаетсяпО". Нулевой сиг ал на первом входе логического элеента 2И. 45 запрещает прохождение актовых импульсов с задающего генеагора 43 на вход триггера 44, коорый остается в состоянии, соотетствующем включенному положению ючей 2,3 ° Кроме того, воздейстием нулевого сигнала на входы элеентов 2И 48, 49 снимаются отпираюе сигналы с ключей 2,3, которые акрываются.

После закрытия ключа 2 и открытия иристора 26 ток выжигания замыкаетя по следующей цепи: входной вывод

3 — дроссель 21 — предохранитель

-1 — короткозамкнутый коллектор-баовый переход транзистора 7-1 — преохранитель 8-1 — диод цепочки

-1 — обмотка 14 трансформатора 15 ока — тиристор 16 — левая секция ервичной обмотки силового трансфоратора 29 — резистор 30 - тиристор

6 — входной вывод 24. Направление ока через полуобмотку силового рансформатора 26 показана на фиг.1 трелкой. За .счет падения напряжения а резисторе 27 протекает ток через ветодиод оптопары 31, в результате отодиод этой оптопары открыт, и на ходе логического элемента ЗИЛИ 35 охраняется "1 . Ток выжигания предйранителей на этом интервале времени граничен резистором 30.

При равном токе, протекающем чеез предохранители, первым срабатывает (перегорает) предохранитель 8-1 азовой цепи, так как по сравнению лредохранителем 6-1 коллекторной

1цепи он выбирается на меньший ток.

После перегорания базового предохранителя 8-1 ток замыкается по следую цей цепи: выходной вывод 23 — дроссель 21 — предохранитель 6-1 — короткозамкнутый коллектор-эмиттерный пе реход транзистора 7-1 — параллельные

;ветви, состоящие из последовательно соединенных диодов 19-1...19-N и дио1цов цепочек 9-1...9-N,— обмотка 14 трансформатора 15 тока — тиристор

16 — полуобмотка силового трансформа5

35 тора 29 — резистор 30 — тиристор 26 входной вывод 24.

После перегорания предохранителя

6-1, которое длится единицы — десятки милписекунд и составляет десятки сотни периодов преобразования, в момент t ток в цепи выжигания прекра-1 щается, прекращает< я также ток в светодиоде оптопары 31, на входе и выходе логического элемента ЗИЛИ 35 устанавливается "0". С задержкой,необходимой для надежного закрывания тиристоров 16, 26 и определяемой элементом 39, в момент t< на выходе логического элемента 2ИЗЫ 20 также устанавливается "0 .

По фронту спада импульса задающе го генератора 43 в момент t9 триггер 41 переключается в "1",что ведет к разрешению прохождения выходных сигналов триггера 44 на входы цепей 46, 47 гальванической развязки ° Триггер 44 находился в состоянии 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 обесп :чивает изменение индукции силивг.:го ".рансформатора 29 в размагничивающем направлении, На выходе логического элемента 45 с момента t4 появляются импульсы, и нормальная работа устройства восстанавливается.

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

Фор мула изобретения

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

1529383 в общую цепь их эмиттеров управляющий транзистор, база которого через первый резистор соединена с управляющим входом управляемого ключа, к которому подключены через N вторых резисторов цепи баз высоковольтных транзисторов, соединенные через N диодно-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 которого соединен с управляющим электродом первого тиристора и первым выводом стабилитрона, анод первого тиристора соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора тока, вторичная обмотка которого подключена к управляющему входу одного из двух вторых тиристоров, .соединенных по полумостовой схеме, выход которой через четвертый резистор с.оединен с

y"rH0äýì от средней точки первичной обмотки силового трансформатора, а параллельно четвертому резистору через пятый резистор включены встречно последовательно соединенные входные

5 цепи двух оптопар, выходные цепи которых подключены к блоку управления, причем в цепь питания моста управляемых ключей включен дроссель, шунтированный встречно включенным первым диодом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем введения защиты от короткого замыкания перехоцов высоковольтных транзисторов. в каждом управляемом кляче

15 цепь базы каждого высоковольтного транзистора выполнена в виде второго предохранителя, подключенного одним выводом к базе высоковольтного транзистора, а другим выводом через встречно вкггюченный второй диод — к его эмиттеру, второй вывод первичной обмотки трансфорл атора тока подключен к первому выводу конденсатора, а второй вывод стабилитрона соединен с анодом первого тиристора.

1529383

+45 м/а 9% м

Составитель В. Моин

Редактор M. Келемеш Техред Л.Олийнык Корректор 0. Кравцова

Заказ 775б/52 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, н ав

Г 101