Полупроводниковый конвертор

 

ОП ИСАНИЕ изоьеитиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалнстических

Республик (11) 764059 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.05.78 (21) 2621149/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

Н 02 М 3/315

Государственный комитет

СССР

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень ¹34

Дата опубликования описания 25.09.80 (53) УДК 621.314..12 (088.8) по делам иаооретеннй и открытий (72) Авторы изобретеиия

Н. В. Антоневич, А. Д. Артым и Б. 3. Курчик

Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича (71) Заявитель I (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЛ КОНВЕРТОР

3 " " " "-*

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при преобразовании постоянного тока с одним уровнем напряжения в постоянный ток с другим уровнем напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, например, в источниках питания радиотехнической аппаратуры, которая предъявляет требование гальванической развязки нагрузки и первичной сети.

Известны схемы тиристорных конверторов со звеном повышенной частоты, например преобразователь постоянного тока в постоянный, содержащий двухобмоточный дроссель, подключенный к источнику питания постоянного тока, и несколько тиристоров, включенных последовательно с дросселем и образующих вместе с ним цепь заряда и разряда конденсатора. Вторичная обмотка дросселя через выпрямительный диод соединена с цепью заряда-разряда и нагрузкой.

В результате такого соединения элементов 20 и узлов преобразователя энергия, накопленная дросселем в течение интервала проводимости тиристоров, передается в цепь нагрузки через выпрямительный элемент в течение интервала времени, когда тиристоры заперты (1j

Данное преобразовательное устройство обладает тем недостатком, что частота инвертирования в режиме стабилизации HBпряжения прямо пропорциональна выходной мощности, что приводит к ухудшению динамических характеристик конвертора и появлению значительных акустических шумов при сбросе нагрузки.

Наиболее близким к изобретению является конвертор, схема которого содержит последовательный полумостовой инвертор, последовательно с тиристорами которого включена первичная обмотка дросселя (трансформагора), имеющая среднюю точку, соединенную с емкостями, а одна их его вторичных обмоток подключена через неуправляемый вентиль параллельно источнику питания. К другой вторичной обмотке упомянутого трансформатора подключен однополупериодный управляемый выпрямитель с емкостным фильтром. Принцип работы известного устройства заключается в том, что управляемый выпрямитель тока нагрузки обеспечивает стабилизацию выходного напряжения, а избыток запасенной в

764059

3 дросселе энергии при сбросе нагрузки возвраМа4тсй" в йстбчйик пйтания через неуправляемый выпрямитель. Данный конвертор может работать на фиксированной частоте и обеспечивать стабилизацию напряжения на нагрузке при изменении ее сопротивления от номинального значения до бесконечности (2).

При необходимости одновременной ста-. билизации напряжения на нескольких нагрузках необходимо либо выполнение нескольких подобных конверторов, что связано с увеличением габаритов и массы источника, либо подключение каждой цагрузки через свой управляемый выпрямитель, что приво" " дй К увеличению числа тиристоров и зна- чительному усложнению схемы управления.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей конвертора путем централизованной стабилизации нескольких выходных напряжений конвертора, работающего на фиксированной частоте, при произвольном изменении нагрузок.

Для достижения поставленной цели полупроводниковый конвертор, состоящий из работающего на фиксированной частоте ти рйсторйого инвертора с коммутирующей резонансной последовательной LC-цепью, отделенной от нагрузки, и накопительным ин" дуКтивным элементом, цепи рекуперации избыточной энергии этото элемента и и полупроводниковых однополупериодных выпрямителей с емкостными фильтрами, снабжен тиристором, установленным в цепи рекуперации избыточной энергии накопительного ийдуктивного элемента, управление кото рым осуществляет введенный формирователь импульсов, который через дополнительно включенные логический элемент И и пороговые устройства соединен с выходом одно "полупериодных выпрямителей, которые выполняются неуправляемыми.

При этом напряжение в цепи рекупера ции при открытых вентилях выпрямителей и запертом тиристоре, установленном в "цепи рекуперации, больше, чем напряжение источника питания. Тиристорный инвертор может строиться по любой известной схеме, содержащей коммутирующую резонансную последовательную LC-цепь и накопительный индуктивный элемент, например дроссель (трансформатор), . и обеспечивающей на"копление энергии в магнитном поле этого дросселя (трансформатора) на интервале

"временй - проводящего состояния тиристора ййвертора и"ее передачу в нагрузку на ин тервале непроводящего состояния тиристоров инвертора. Такое построение преобразователя позволяет при сбросе нагрузки либо прй увеличении напряжения источника питанйя" возвращать в источник питания избыточную энергию из дросселя (трансформатора).

На фиг. 1 изображена схема полупровод" " ййкового конвертора для случая 3-х каналь25

4 ного выхода; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип ее действия.

Конвертор содержит тиристорный инвертор 1 с коммутирующей резонансной последовательной LC-цепью и накопительный дроссель (трансформатор) 2, первичная обмотка 3 которого является составной частью тйристорного инвертора 1, и имеющего три вторичные обмотки 4 — 6 и обмотку 7 рекуперации, которая через тиристор 8 подключена к источнику питания. Управление тиристором 8 осуществляет формирователь 9 импульсов, подключенный к выходу логического элемента 10 И, входы которого через пороговые устройства 11 — 13 соединены с выходами однополупериодных неуправляемых выпрямителей 14 — 16, с емкостными фильтрами, к которым также подключаются нагрузки 17 — 19. Выпрямители подключаются к соответствующим выводам вторичных обмоток 4 — 6 дросселя (трансформатор) 2.

Числа витков вторичных обмоток 4 — 6 выбираются пропорциональными соответствующим стабилизируемым напряжениям.

При работе устройства в режиме максимальной мощности нагрузок и минимального напряжения источника питания энергия, передаваемая инвертором 1 в дроссель (трансформатор) 2 за один цикл инвертирования, равна энергии, рассеиваемой на нагрузках за тот же интервал времени, т.е. необходимости в рекуперации энергии обратно в источник нет, вследствие чего тиристор 8, установленный в цепи рекуперации, не включается и принцип действия устройства не отличается. от известных преобразователей, использующих тиристорные инверторы, выполненные по той же схеме, что и инвертор 1.

При сбросе нагрузки либо при возрастании напряжения источника питания порция энергии, передаваемая инвертором 1 в дроссель (трансформатор) 2 за один цикл инвертирования, оказывается больше, чем энергия, необходимая для поддержания стабильного напряжения на нагрузках за тот же интервал времени. Вследствие этого напряжения на емкостных фильтрах выпрямителей 14 — 16 нарастают быстрее и через некоторый промежуток времени оказываются равными верхним пороговым значениям, определяемым пороговыми устройствами

11 — 13. При превышении этого порогового значения пороговые устройства 11 — 13 вырабатывают командные сигналы, которые поступают на входы логического элемента 10

При наличии на всех входах логического элемента 10 командных сигналов на его выходе появляется сигнал, запускающий формирователь 9 импульсов, который включает тиристор 8. При этом напряжение на виток дросселя (трансформатора) 2 скачкообразно уменьшится и будет определяться только напряжением источника питания и числом витков обмотки 7 рекуперации, вследствие чего вентили выпрямителей 14 — 16

764059

5 закроются, а вся избыточная энергия через обмотку 7 рекуперации и тиристор 8 поступит обратно в источник. К началу следующего цикла инвертирования этот процесс заканчивается, вследствие чего все процессы в инверторе 1 происходят с неизменными начальными условиями.

В случае неравномерного сброса нагрузок одной относительно другой происходит перераспределение передаваемых в нагрузки энергий в соответствии с изменениями нагрузок. Это происходит в результате того, что вентиль выпрямителя, нагрузка которого меньше уменьшилась, открывается раньше из-за большего спада напряжения на емкостном фильтре. Таким образом, предложенный преобразователь на каждом цикле переключения тнристоров инвертора

1 передает. в каждую из нагрузок только такую порцию энергии, которая в этот момент там необходима.

На фиг. 2 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства в режиме сброса нагрузок. На первой изображено напряжение на 1 виток обмотки дросселя (трансформатор) U, на второй — выходное напряжение одного из выпрямителей, на третьей — ток через вентиль этого же выпрямителя, на четвертой — ток через тиристор 8 в цепи рекуперации и на пятой — напряжение на тиристоре в цепи рекуперации.

На интервале времени t o — t дроссеАь (трансформатор) 2 запасает энергию в магнитном поле, на интервале t < — t a передает ее в нагрузки и емкостные фильтры выпрямителей, при этом напряжение на последних возрастает. В момент t< включается тиристор 8 в цепи рекуперации и дроссель (трансформатор) возвращает избыточную энергию обратно в источник. В момент tz включается тиристор инвертора 1 и весь процесс повторяется.

Предлагаемый конвертор позволяет централизованно стабилизировать ряд выходных напряжений при фиксированной частоте инвертирования. При этом максимальные значения напряжений на тиристорах инвертора 1 так же, как и скорость нарастания прямого тока †г †" и прямого напряжения

А Ц

d.t — на этих тиристорах не зависят от то7 ка нагрузки. Фиксирование частоты инвертирования приводят к уменьшению спектра излучаемых конвертором частот, т. е. позволяет упростить устройства подавления помех, создаваемых конвертором, а также уменьшает акустические шумы, так как частота инвертирования выбирается максимально возможной для данного типа инвертора 1.

Выполнение выпрямителей неуправляемыми позволяет повысить КПД устройства при низковольтном, т. е. сильноточном, выходе конвертора, за счет разности уровней токов, протекающих в нагрузочной и рекуперационной обмотках, и разности падений напряжений на управляемом и неуправляемом диодах. При высоковольтном выходе выполнение выпрямителей неуправляемыми позволяет избежать установки большого количества тиристоров последовательно и, как следствие того, большой сложности схемы управления этими тиристорами.

1О

Формула изобретения Полупроводниковый конвертор, состоящий из работающего на фиксированной частоте тиристорного инвертора с коммутирующей резонансной последовательной

LC-цепью, отделенной от нагрузки, и накопительным индуктивным элементом, цепи рекуперации избыточной энергии этого элемента и и полупроводниковых однополупериодных выпрямителей с емкостными фильтрами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем централизованной стабилизации выходных напряжений при произвольном изменении нагрузок, он снабжен тиристором, включенным в цепь рекуперации избыточной и энергии индуктивного элемента, причем цепь управления тиристора подключена к введенному формирователю импульсов, который через дополнительно введенные логический элемент И и пороговые элементы соединен с выходами однополупериодных выпрямителей, выполненных неуправляемыми.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии № 50 — 39808, серия

4. 1975.

4s 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 191054?/07, 28.04.73.

764059

Составитель Г. Мыцык

Редактор С. Лыжова Техред К. Шуфрич Корректор Л. Иван

Заказ 6608/18 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4