Мостовой преобразователь постоянного напряжения

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕОКЕОПУБЛИК 8014292 1)4 Н 02 М 753 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4-0 ных о СССР980.томатика, М,:5, с. 1 ст М 7 Л СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Авторское свидР 754616, кл, Н 02Электронная техСборник./Под ред,Радио и связь, 198204.Авторское свидеР 1261073, кл. Н. 0 Р 37В.П.Фо8.8)етельстМ 7/537ика в авИ.И.Коневып,54) МОСТОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОННОГО НАЛРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вмощных источниках питания и в преобразователях электроприводов с повышенным напряжением питания. Цель -повышение надежности путем уменьшения перегрузок полупроводниковых ключей. устройство содержит полупроводниковые ключи 1-4, выполненные изпоследовательно соединенных управляю"1429260 щего транзистора 5 и М включении х параллельно через предохранители 6,1 -6.К высоковольтных транзисторов 7,1 -7.Б, узел управления 31. Первичнаяобмотка силового трансформатора 26крайними выводами подключена к диагонали переменного тока преобразователя, а средним ныводом соединеначерез токоограничиваищий резистор 27с точкой соединения последовательно Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в:мощных источниках питания и в преобразователях электроприводов с повыщенным напряжением питания. 5Цель изобретения - повью)ение надежности путем уменьнения перегрузок проводниконых кличей.На Лиг,1 представлена электрическая схема преобразон.ателя; на Фиг.2- 10схема узла управления на Аиг,3 -временные диаграммы напряжений наэлементах узла управления с индексом,соответствующими номеру данного элемента,Мостовой преобразователь постоян"ного напряжения (Лиг.1) содержит полупронодниковые ключи 1-4, каждый изкоторых состоит из последовательносоединенных высокочастотного упран 20ляищего транзистора 5 и И включенныхпараллельно через предохранители 6.16,11 высоковольтных транзисторон 7,17 И Базовые выводы высоковольтных25транзисторов 7.1-7,И через диоднорезистивные цепочки 8,1-8.И подклн)чены к одному выводу конденсатора 9,второй вывод которого соединен с эмиттером управляющего транзистора 5,Базовый вывод управляющего транзистора 5 через резистор 10 подкличенк управляющему выводу ключа, с которым также соединены через диод 11 итокоограничинаищие резисторы 12.1 -12,И базовые выводы высоковольтныхтранзисторов 7.1-7.Х. Параллельно управляющему транзистору 5 через первуюобмотку 13 трансформатора 14 тока под.ключен тиристор 15, Параллельно конденсатору 9 включены последовательносоединенные стабилитрон 16 и резисвключенных тиристорон 22 и 23. Приотказе одного из высоковольтных транзисторов происходит закрытие кличейпреобразователя, открывается один изтиристорон 22,(23) и тиристор, щунтируищий управляющий транзистор аварийного клича, образуя цепь для выжигания соответствующего предохранителя,После ныгорания предохранителя работа устройства восстанавливается, 3 ил. тор 17, при этом точка соединениястабилитрона 16 и резистора 17 соеди-.нена с управляющим входом тиристора15,Через дроссель 8 щунтиронанный,диодом 19, к входным выводам 20 и 21подключены последовательно соединенные тиристоры 22 и 23 к управляющимвходам которых подключены вторые обмотки 24 и 25, трансформатора 14 тока. Первичная обмотка силового трансЙорматра 26 с 1)едним ВыВОдОИ соединена через токоограничинаищий резистор27 с точкой соединения тиристоров 22и 23 а крайними выводами подключенак диагонали переменного тока мостового преобразователя. Излучаищие элементы оптропар 28 и 29 соединены встречно-параллельно и через дополни гельныйрезистор 30 подключены параллельнотокоограничиваищему резистору 27.Узел 31 управления (Фиг.2) содер -жит логический элемент 3 ИЛИ 32, вхо,ды которого соединены с Фотодиодамиоптопар 28 и 29 ичерез согласуишуюцепь 33 с третьими обмотками 34 и 35трансформатора 14 тока. Выход логического элемента 3 ИЛИ 32 подключенк первому входу и через элемент 36 задержки к второму входу логическогоэлемента 2 ИЛИ 37, выходом соединенного с К-входом триггера 38, На 1)-входтриггера 38 подан сигнал логическойединицы, а С-вход через логическийэлемент НК 39 соединен с выходом задающего генератора 40. Счетный входтриггера 41 соединен с выходом логического элемента 2 И 42, входы которого соединены с входами задающегогенератопа 40 и триггера 38, Управляющие входы кличей 1-4 подключены че 42 ч 2,0рез цепи 43 и 44льванической развязки к выходам логических элементов1 2 И 45 и 46, входи которых соединены с выходами триггеров 38-и 41.Преобразователь работает следуюим образомВ нормальном режиме работн, когда все транзистори и ключах,1-4 исправны, происходит поочередная коммутация ди О агонально противоположных кличей 1,4 и ,3. Переключение ключей в нормальном режиме осуществляется следувщим образом. При положительной полярности управляющего сигнала относительно, 5 эмиттера транзистора 5 ток управления, протекая по первой последовательной цепи: диод 11 - резисторы 12.1-12,Б - база-эмиттернне переходы высоковольтных транзисторов 7.1-7.1 - коллектор эмиттерный переход управляющего транзистора 5 и по второй последовательной цепи: резистор 10 - база-эмиттерный переход управляющего транзистора 5, поддерживает управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7.1-7.11 в насыщенном состоянии. Токнагрузки протекает через предохранители 6,1-6,1, высоковольтни 1 е транзистори 71-7,И и управляющий транзистор 30 5.При изменении полярности управляющего сигнала транзистор 5 закривается, отключая эмиттерн высоковольтных транзисторов 7,1-7.И. Вследствие того, что высоковольтные транзистори более инерционны, чем низковольтный высокочастотный управляющий транзистор 5, они остаются в насыщенном состоянии. Ток нагрузки начинает проте кать через база-коллекторнне переходы высоковольтных транзисторов 7,1- 7.И, диоды цепочек 8,1-8.М, конденсатор 9, В результате под действием тока нагрузки происходит рассасывание носителей заряда из коллекторних и базовых слоев высоковольтных транзисторов 7,1-7,И гри отключенных их база-эмиттерних переходах, т.е, закрытие высоковольтных транзисторов про исходит по схеме с общей базой, По окончании процесса рассасывания высоковольтные транзисторы 7.1-7.М запираются, заряд конденсатора 9 прекращается. 55С появлением отпиравщего импульса напряжений управляющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7.1-7.М открываются и конденсатор 9 разряжается через резисторы цепочек 8,1-8.",база-эмиттерние переходы высоковольтных транзисторов 7.1-7,М и управляющий транзистор 5. Происходит Мрсированное включение високовольтних транзисторов за счет энергии, накопленной в конденсаторе 9 на интервале рассасывания носителей заряда.В нормальном режиме работы, домомента времени(Лиг.3), на выходетриггера 38 сигнал соответствует логической единице, разрещавщей прохождение выходных импульсов задающегогенератора 40 на вход триггера 41 ивиходных сигналов триггера 41 на входы цепей 43 и 44 гальванической развязкиОтказ високовольтных транзисторовобычно происходит при их включениикогда максимальни динамические потери, или при их закрытом состоянии засчет электрического пробоя. Прп этомнаиболее опасен выход из строя внсоковольтних транзисторов коротким замыканием его переходов.Предположим, что в момент временикогда открыты ключи 2 и 3, происходит отказ транзистора 7.1 в ключе 1. Образуется следующая цепь протекания тока; первый входной вывод20 - дроссель 18 - предохранитель6,1 - короткоэамкнутий коллектор-базовий переход, транзистор 71 диодцепочки 81 - конденсатор 9 - открытий ключ 2 - второй входной вывод 21,Нарастание тока ограничивается дросселем 18, Конденсатор 9 заряжаетсяпри этом напряжение на переходе коллектор-эмиттер-управлявщего транзистора 5 может превьпчать напряжениена конденсаторе 9 только на величинунапряжения лавинного пробоя базаэмиттерного перехода високовольтноготранзи -ора 7.1,При превьпцении напряжения на конденсаторе 9 порогового значения происходит пробой стабилитрона 16 и открытие тиристора 15. Ток через предохранитель 6,1 замыкается по цепи:первый входной выход 20 - дроссель18 - предохранитель 6., - короткозамкнутый транзистор 7,1 - обмотка 3трансАорматора 14 тока 14 - тиристор15 - открытый клич 2 - второй входнойвывод 21При протекании тока через обмотку13 трансформатора 14 тока на его обмотках 24,25,34 и 35 гоявляется нап 14292ряжение, что приводит к открытии тиристора 23 и появлении едкничнлглсигнала на входе логического элементаЗИЛИ 32, На выходе элемента ЗИ 11 И 325также появляется единица, что ведетк появлении единичного сигналя няК-входе триггера ЗВ, на выходе которого устанавливается "О", Нулевой сигнал на входе логического элемента 2 И,42 приводит к нулевому сигналу на входе триггера 41 и триггер 41 остается,в состоянии, соответствующем вкличенному положении кличей 2 и 3. Так какна входах логических элементов 2 И 45и 46 появляется нулевой сигнал, наих выходах также "0", что ведет к закрытию кличей 2 и 3.Ток через предохранитель 6.1 замы,:кается по цепи: первый входной вывод 2 л20 - дроссель 18 - предохря.ктель 6.1,короткозамкнутый транзистор 7,1 - об,мотка 13 трансформатора 14 тока -тиркстор 15 - левая секция первичнойобмотки силового трянсдкрмятора 26 - 25резистор 27 - тиристор 23 - второйвходной вывод 21. Направление токачерез полуобмотку силового трансформатора 26 показано на данг 1 стрелкой,Зя счет падения напряжения на токоограничивающем резисторе 27 протекает ток через светодиод оптопары 28,в результате чего на входе логическо"го элемента ЗИЛИ 32 сохраняется "1"на время перегорания предохранителя6. 1,После перегорания предохранителя6.1, которое составляет десятки-сотни периодов преобразования, в моментвремени Г, ток в контуре прекращает- лося, прекращается также в светодиодеоптопяры 28, на входе и выходе логического элемента ЗИЛИ 32 устанавливается "О", С задержкой, необходимойдл надежного закрывания тиристорлв15 и 23 и определяемой элементом 36,в момент времени 1, на выходе логического элемента 2 ИЛИ 37 также устанавливается "0",По фронту спада импульса задаище,гл генератора 40, в момент временитриггер 38 переключается в единиРцу, чтл ведет к разрешении прохождения выходных сигналов триггера 41 навходы цепей 43 и 44 гальваническойразвязки, Триггер 41 находится в состоянии предяварийного положения, поэтому вновь открывяится кличи 2 и 3 иток в первичной обмотке силового 60 6трансформатора 26 имеет направление, противоположное току, протекяищему при вьгжигянкк предохранителя 61, На выходе логического элемента 42 с момента временипоявляются тякто-.4вые импульсы и нормальная работа устройства восстанавливается, Тяк какдлительность тактового импульса невелика, интервал времени .-Т пряктически соответствует полупериоду,и мягнитлпрлвод силового трансформатора с первого импульса входит в установившийся режим,Я преобразователе исключается перегрузка транзисторов кличей при восстановлении работы преобразователяпосле выжигания предохранителей иулучшаются энергетические и динамические характеристики.Формула изобретенияМостовой преобразователь постоянного напряжения, содержащий полупроводниковые кличи, каждый кз которых состоит кз последовательно слециненных Б вкличенных параллельно через предохранители высоковольтных транзисторов, управляющего транзистора,. базовый вывод клтлрагл через резистор подключен к управляющему выводу клича, с которым также соединены через диод к первый токлограничиняищие резисторы базовые выводы высоковольтных транзисторов, два последовательно соединенных тирксторя, подключенных к цепям входных выводов преобразователя, силовой трансформатор, первичная обмотка которого средним выводом соединена через второй токоограничиваищий резистор с точкой соединения тиристорлв, 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 й с я тем, что, с целью плвыщения надежности путем уменьшения перегрузок полупроводниковых кличей, введены первая и вторая оптопары, излучающие элементы которых соединены встречно-параллельно и через дополнительный резистор подключены параллельно второму токллграничиваищему резистору, в каждый полупроводниковый клич введены тиристор, подключенный параллельно управляющему транзистору через первую7 1 ч 29 обмотку трансформатора тока, и последовательно соединенные стабилитрон и резистор, включенные параллельно введенному конденсатору один из выл5 водов которого через диодно-резистивные введенные цепочки соединен с базами высоковольтных транзисторов, а другой вывод подключен к эмиттеру управляющего транзистора, при этом точка соединения стабилитрона и резистора соединена с управляющим электро" дом тиристора, а в узел управления: введены первый, второй и третийлогические элементы 2 И, второй триггер, 15 элемент задержки и логические элементы ЗИЛИ, 2 ИЛИ, НЕ, при этом входы логического элемента ЗИЛИ соединень 1 соответственно с фотодиодами оптопар и через согласующую цепь - с третьими обмотками трансформатора тока, а бО 8выход логического элемента ЗИЛИ подключен к первому входу и через элемент задержки - к второму входу элемента 2 ИЛИ, выходом подключенного кК-входу второго триггера, П-вход которого соединен с источником, обес"печивающим сигнал логической единицы, а С-вход через логический элементНЕ подключен к выходу задающего генератора, счетный вход первого триггера соединен с выходом первого логического элемента 2 И, входы которогоподключены к выходам задающего генератора и второго триггера, выходы вто"рого-и третьего логических элементов2 И подключены к управляющим входамключей преобразователя через цепигальванической развязки, а входы соединены с выходами первого и второготриггеров.429260 оставитель Т.Ершовехред Л,Кравчук ерни оррект едактор А,Коэориз Подписное 6 Заказ 5139/53 й роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,Уу Ъ Тираж ВНИИПИ Государс по делам изоб 3035, Иосква, Жвенного комитет етений и открыт 35, Раушская на