Способ управления двухтактным инвертором

(5)М. Кд. Н 02 Р 13/6 //Н 02 М 7/537 государственный конитет во делан изобретеиий и открытий(53) УД 3( 621.314, .57 (088.8) Дата опубликования описания 23,11,8(72) Автор изобретения Б. А. Глебов ч т 11,1 ТЕ,.тт. т,ч, Московский ордена Ленина энергетический институт(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХТАКТНЬМ 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 управления силовыми ключами, при котором периодически коммутируют силовые уп 10 равляемые ключи и отпирание силовых ключей данного плеча двухтактной схемы задерживают по отношению к моменту запирания силовых ключей другого плеча на фиксированное время 11 .15Недостаток известного способа состоит в том, что в кривой выходного напряжения инвертора неизбежно появляются 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 продолжйтельностью 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 121,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 ключаданного плеча, а верхний ключ - ещев состоянии проводимости и ток его, замыкается через первичную обмоткутрансформатора и диод, шунтирующийдругой верхний силовой управляемыйключПри таком режиме напряжение напервичной обмотке близко к нулю, ток.перезаряда конденсатора отсутствует,но отпирание силовых управляемыхключей другого плеча производить еще 1 Орано, так как в проводящем состоянииверхний силовой ключ ранее проводившего плеча мостового инвертора, Указанный способ управления не дает возможность предотвратить преждевременное отйирание силовых ключей мосто,вого инвертора,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ управления двухтактным инвертором, 20содержащем силовые ключи, силовойтрансформатор, заключающийся в том,что формируют сигналы отпирания и запирания силовых ключей, контролируютнапряжение между электродами выходной 25цепи силовых ключей, сравнивают упомянутое напряжение с пороговым уровнем и запрещают проводящее состояниесилового ключа, если напряжение междуэлектродами его выходной цепи превышает пороговый уровень .131.Это объясняется тем, что пороговоенапряжение не может быть выбрано мень-"ше напряжения питания, Поэтому перезаряд емкостной нагрузки, включеннойпараллельно первичной обмотке силово-го трансформатора, производится токомотпирающегося силового ключа, когданапряжение на нем еще выше, чем напряжение питания, В результате в силовом40ключе значительны коммутационные потери энергии и, как следствие, близканадежность работы,Величина указанного порогового напряжения не может быть выбрана мень 45шей напряжения питания, так как в противном случае, независимо от комбинации сигналов на выходах коммутатора,осуществляющего переключение силовыхключей, оба они останутся в непроводящем состоянии, так как начальные напряжения на ключах равны напряжениюпитания, т, е. больше порога отпираниявЦель изобретения - уменьшить потери энергии при коммутации силовых управляемых ключей и повысить надежность.Поставленная цель достигается тем,что при способе управления двухтактным инвертором, указанный пороговыйуровень устанавливают меньшим напряжения питания, временно снимают запрет проводящего состояния силовыхключей при превышении напряжения наэлектродах выходной цепи силовых ключей над упомянутым пороговым уровнем,момент начала снятия запрета устанавливают совпадающим с началом первого такта работы инвертора, а моментокончания снятия запрета в . до началавторого такта,Кроме того,. Формируют единственныйимпульс запуска, меньший по длительности такта работы, синхронизируютначало указанного импульса с появлением сигнала отпирания силового ключапервого 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 14; токоограничивающих резисторов15 и 16, коммутирующих диодов 17 и 18,управляемого ключа 19 цепи пуска инвертора, коммутатора 20, согласующих цепей 21 и 22, формирователя пускового импульса 23В схеме (фиг. 1) между шинами питания 1 и 2 включены две параллельные ветви, каждая из которых содержит соединенные последовательно секцию 5 6) первичной обмотки силового трансформатора 3 и выходную цепь силового управляемого ключа 7 8), шунтированную возвратным диодом 9 (10). Параллельно входным цепям силовых управляемых ключей 7 и 8 включены шунтирующие упра-. вляемые 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 включен конденсатор 4. К управляющим электродам шунтирующих .управляемых ключей 11 и 1 2 подключены первые выводы элементов с пороговой проводимостью 13 и 14. Вторые выводы этих элементов подключены к нине 1 через токоограничивающие резисторы 15 и 16 и, кроме того, подключены к крайним выводам первичной обмотки88407 35 трансформатора 3 через коммутирующие диоды 17 и 18. Между общей точкой элементов 3, 15 и 7 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 вы о ходом коммутатора 20. Выход пусковой цепи соединен с управляющим электродом управляемого ключа 19.Способ управления двухтактным инвертором состоит в следующем, 15При начальном подключении к источнику питания на выходах первичной обмотки трансформатора 3 устанавливается потенциал, равный напряжению питания, Этот потенциал вьппе 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 11 и 12 буд 1 т пере ведены в состояние высокой проводимости, Поэтому сигналы с выхода коммутатора 20 не поступают на управляющие электроды управляемых силовых ключей 7 и 8, и последние будут находиться в запертом выключенном) состоянии 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 формиро вателя 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 происходит запирание элемента 13 с пороговой проводимостью и шунтирующего50 управляемого ключа 11. При этом сигналом с первого выхода коммутатора.20 силовой управляемый ключ 7 переводится в состояние высокой проводимости.Пусковой импульс, в соответствии55 с предлагаемым .спосоьом управления, снимают до завершения йервого такта. работы, т. е. когда. силовой ключ 7 0 6находится 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 11. 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 перехо- да силового управляемого ключа в со-стояние низкой проводимости начинается процесс изменения напряжения на обмотках силового трансформатора, обусловленный накопленной в нем энергией магнитного поля. Во время этого процесса напряжение на силовом управляемом ключе возрастает, и, в соответствии с предлагаемым способом управления когда это напряжение достигнет порогового значения, которое Фиг, 11 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 1 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 1,фиг. 1) реализация такого принципа управления обеспечивается тем, что ток резистора 16 поступает через элемент 14 во входную цепь шун884070 Формула изобретения тирующего управляемого ключа до техпор, пока напряжение на силовом ключене упадет до значения, равного порогупроводимости элемента 14. При этомток резистора 16 переключится в коммутирующий диод 18, последовательново времени произойдет запирание элемента 14 и шунтирующего управляемогоключа 12, и тогда сигналом с выходакоммутатора 20 управляемый ключ 8 будет переведен в состояние проводимости.После перехода силового ключа 8в состояние высокой проводимости дозаряд конденсатора 4 происходит токомэтого ключа. Однако, возникающие приэтом потери энергии в силовом ключеневелики, так как изменение напряжения на конденсаторе во время процесса его дозаряда не превосходит величины упомянутого вьппе порогового уровня, который выбирают много меньшимнапряжения питания в схеме на фиг, 1это достигается соответствующим выбором порогов проводимости элементов13 и 14) . После отпирания силового. ключа 8 он поддерживается в этом состоянии в течение всего времени, пока на втором выходе коммутатора 20действует сигнал "1", так как управляемый шунтирующий ключ 12 - в состоянии низкой проводимости, посколькуток резистора 16 продолжает протекатьчерез коммутирующий диод 18 и выходную цепь силового управляемого ключа8, а элемент 14 остается и состояниинизкой проводимости.После изменения состояния коммутатора процессы в схеме происходят аналогично,Преимущества предлагаемого способа 40состоят в том, что при использованииспособа управления уменьшаются потериэнергии, так как перезаряд конденсатсра, включенного параллельно первичнойобмотке трансформатора происходит почти полностью за счет энергии магнитного поля, накопленной в трансформаторе,а отпирание силового ключа происходитв момент, когда напряжение на нем снизилось почти до .нуля, Кроме того, повышается надежность работы силовых уп 8равляемых ключей за счет уменьшениякоммутационных потерь и перегрузок потоку,1. Способ управления двухтактныминвертором, содержащем силовые управляемые ключи, силовой трансформаторзаключающийся в том, что формируютсигналы отпирания и запирания силовыхключей, контролируют напряжение междуэлектродами выходной цепи силовыхключей, сравнивают упомянутое напряжение с пороговым уровнем и запрещают проводящее состояние силового ключа, если напряжение между электродамиего выходной цепи превьппает пороговыйуровень, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью уменьшения потерьэнергии и повышения надежности, указанный пороговый уровень устанавливаютменьшим напряжения питания, временноснимают запрет проводящего состояниясиловых ключей при превьппении напряжения на электродах выходной цепи силовых ключей над упомянутым пороговымуровнем, момент начала снятия запретаустанавливают совпадающим с началомпервого такта работы ннвертора, а момент окончания снятия запрета устанавливают до начала второго такта.2, Способ по и. 1,. о т л и ч а,ю щ и й с я тем, что формируют единственный импульс запуска инвертора меньшии по длнтелнос,н та а рботы,хроннзируя начало указанного импульса с появлением сигнала отпирания сил; "вого ключа первого плеча двухтактюогоинвертора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Моин В. С. и Лаптев Н. Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., "Энергия", 1972, с. 350,рис. 9-19,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке й/24-07, 22.06.77,3. Сборник Проблемы преобразовательной техники. К., Институт электродинамики АН УССР. т. 111 1979,с. 154, рис. 1, 2,884070 Составитель Н. Цишевскаяр Н. Гунько Техред О.Дюлай КоррекБил Заказ 10251/82 Тираж 733ВНИИПИ ГосуДарпо делам из113035, Москва, Ж Подписноетвенного комитета СССбретений и открмтий35, Раушская наб д,"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная