RU2562778C1 - Reversible semiconductor switching device operating for inductive load - Google Patents
Reversible semiconductor switching device operating for inductive load Download PDFInfo
- Publication number
- RU2562778C1 RU2562778C1 RU2014148654/08A RU2014148654A RU2562778C1 RU 2562778 C1 RU2562778 C1 RU 2562778C1 RU 2014148654/08 A RU2014148654/08 A RU 2014148654/08A RU 2014148654 A RU2014148654 A RU 2014148654A RU 2562778 C1 RU2562778 C1 RU 2562778C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminal
- semiconductor
- semiconductor switch
- load
- combined
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к переключающим устройствам и может быть использовано в электротехнике для замыкания и размыкания электрической цепи переменного тока в заданные промежутки времени.The invention relates to switching devices and can be used in electrical engineering to close and open an AC electrical circuit at predetermined intervals.
Известно устройство замыкания и размыкания электрической цепи, выполненное на четырех полупроводниковых ключах, в качестве которых использованы четыре тиристора, содержащее источник постоянного напряжения и RLC нагрузку. Аноды первого и четвертого тиристоров объединены и подсоединены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Катод первого тиристора и анод второго тиристора объединены и соединены с RLC нагрузкой. Катод четвертого тиристора и анод третьего тиристора объединены и соединены с RLC нагрузкой. Катоды второго и третьего тиристоров объединены и подсоединены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения (Лабунцов В.Α., Ривкин Г.Α., Шевченко Г.И. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Автономные тиристорные инверторы / В.А. Лабунцов, Г.А. Ривкин, Г.И. Шевченко. - М.: Энергия, 1967. - СП, рис. 2б).A device for closing and opening an electric circuit made on four semiconductor switches, which are used four thyristors containing a constant voltage source and RLC load. The anodes of the first and fourth thyristors are combined and connected to the positive terminal of a constant voltage source. The cathode of the first thyristor and the anode of the second thyristor are combined and connected to the RLC load. The cathode of the fourth thyristor and the anode of the third thyristor are combined and connected to the RLC load. The cathodes of the second and third thyristors are combined and connected to the negative terminal of a constant voltage source (Labuntsov V.Α., Rivkin G.Α., Shevchenko G.I. Electric drives with semiconductor control. Autonomous thyristor inverters / V.A. Labuntsov, G.A Rivkin, G.I.Shevchenko. - M.: Energy, 1967. - SP, Fig.2b).
Основным недостатком описанного устройства является пониженная надежность вследствие сильного влияния нагрузки на условия коммутации за счет вхождения ее в состав RLC нагрузки.The main disadvantage of the described device is the reduced reliability due to the strong influence of the load on the switching conditions due to its inclusion in the composition of the RLC load.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является инвертор, работающий на активную нагрузку, выполненный на четырех полупроводниковых ключах, содержащий источник постоянного напряжения и нагрузку. Второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. Второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения. В качестве полупроводниковых ключей использованы транзисторы со встречно-параллельно соединенными диодами. Нагрузка использована активная. ЭДС самоиндукции, возникающая при коммутации индуктивной нагрузки, замыкается с помощью пары диагонально включенных диодов, если это возможно, через источник постоянного напряжения (Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи / В.С. Моин. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С. 307, рис. 8.24, е).Closest to the invention in technical essence and the achieved result (prototype) is an inverter operating on an active load, made on four semiconductor switches, containing a constant voltage source and load. The second terminal of the first semiconductor switch and the first terminal of the second semiconductor switch are combined and connected to the first terminal of the load. The first terminal of the first semiconductor switch and the first terminal of the third semiconductor switch are combined and connected to the positive terminal of the DC voltage source. The second terminal of the third semiconductor switch and the first terminal of the fourth semiconductor switch are combined and connected to the second load terminal. The second terminal of the second semiconductor switch and the second terminal of the fourth semiconductor switch are combined and connected to the negative terminal of the DC voltage source. As semiconductor switches, transistors with counter-parallel connected diodes are used. The load used is active. The self-induction EMF that occurs when an inductive load is switched is closed using a pair of diagonally connected diodes, if possible, through a constant voltage source (Moin V.S. Stabilized Transistor Converters / V.S. Moin. - M.: Energoatomizdat, 1986. - S. 307, Fig. 8.24, e).
Основными недостатками описанного инвертора являются низкая надежность ввиду отсутствия защищенности от ЭДС самоиндукции, возникающей при коммутации индуктивной нагрузки, повышенный расход электрической энергии на управление открытием и удержание в рабочем состоянии четырех транзисторов, а также необходимость в дополнительных изолированных источниках питания для управления транзисторами и в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей, что затягивает процесс переключения при разнообразной величине нагрузки.The main disadvantages of the described inverter are low reliability due to the lack of protection against EMF self-induction that occurs when switching inductive loads, increased consumption of electric energy to control the opening and maintenance of four transistors, as well as the need for additional isolated power supplies for controlling transistors and in organizing additional fixed time delay when switching semiconductor switches, which delays the switching process with a varied amount of load.
Изобретением решается задача повышения надежности за счет надежной нейтрализации действия ЭДС самоиндукции при коммутации индуктивной нагрузки, уменьшения расхода электрической энергии и обеспечения отсутствия необходимости в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей за счет изменения схемы подключения полупроводниковых ключей.The invention solves the problem of improving reliability by reliably neutralizing the action of EMF self-induction when switching inductive loads, reducing the consumption of electric energy and ensuring that there is no need to organize an additional fixed time delay when switching semiconductor switches by changing the wiring diagram of the semiconductor switches.
Для решения поставленной задачи в реверсивном полупроводниковом коммутаторе, выполненном на четырех полупроводниковых ключах, содержащем источник постоянного напряжения и нагрузку, причем второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки, первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения, второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки, второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, в качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы, согласно изобретению в качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры. При этом катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода, а нагрузка исполнена индуктивной.To solve the problem in a reversible semiconductor switch made on four semiconductor switches containing a constant voltage source and a load, the second terminal of the first semiconductor switch and the first terminal of the second semiconductor switch are combined and connected to the first load terminal, the first terminal of the first semiconductor switch and the first terminal the third semiconductor switch combined and connected to the positive terminal of the DC voltage source, the second terminal of the third a semiconductor switch and a first terminal of a fourth semiconductor switch are combined and connected to a second output terminal, a second terminal of a second semiconductor switch and a second terminal of a fourth semiconductor switch are connected and connected to a negative terminal of a DC voltage source, transistors are used as the second and fourth semiconductor switches, according to the invention in Thyristors are used as the first and third semiconductor switches. In this case, the cathode of each thyristor is connected to the anode of the corresponding semiconductor diode, the anode of each thyristor is connected to the cathode of the corresponding semiconductor diode, and the load is inductive.
Обеспечение возможности повышения надежности устройства и уменьшения расхода электрической энергии обусловлено введением вместо двух транзисторов двух тиристоров со встречно-параллельно включенными диодами, обеспечивающих протекание ЭДС самоиндукции через диод и работающий тиристор без замыкания ЭДС через источник постоянного напряжения.The possibility of increasing the reliability of the device and reducing the consumption of electric energy is due to the introduction instead of two transistors of two thyristors with counter-parallel connected diodes, which ensure the flow of the self-induction EMF through the diode and the working thyristor without shorting the EMF through a constant voltage source.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная электрическая схема реверсивного полупроводникового коммутатора, работающего на индуктивную нагрузку.The invention is illustrated in the drawing, which shows a circuit diagram of a reversible semiconductor switch operating on an inductive load.
Кроме того, на чертеже дополнительно изображено следующее:In addition, the drawing further shows the following:
- L - индуктивная нагрузка;- L - inductive load;
- VD1 и VD2 - полупроводниковые диоды;- VD1 and VD2 - semiconductor diodes;
- Т1 и Т3 - тиристоры;- T1 and T3 - thyristors;
- Т2 и Т4 - транзисторы;- T2 and T4 - transistors;
- К1-К4 - полупроводниковые ключи;- K1-K4 - semiconductor switches;
- прямая линия со стрелкой вдоль индуктивной нагрузки - положительное направление постоянного тока;- a straight line with an arrow along the inductive load - a positive direction of direct current;
- пунктирная линия со стрелкой вдоль индуктивной нагрузки - отрицательное направление постоянного тока.- dashed line with an arrow along the inductive load - negative direction of direct current.
Реверсивный полупроводниковый коммутатор содержит четыре полупроводниковых ключа, источник постоянного напряжения и индуктивную нагрузку. В качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры, причем катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, а анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода. В качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы. Второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. Второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения.The reversible semiconductor switch contains four semiconductor switches, a constant voltage source and an inductive load. Thyristors are used as the first and third semiconductor switches, the cathode of each thyristor connected to the anode of the corresponding semiconductor diode, and the anode of each thyristor connected to the cathode of the corresponding semiconductor diode. As the second and fourth semiconductor switches used transistors. The second terminal of the first semiconductor switch and the first terminal of the second semiconductor switch are combined and connected to the first terminal of the load. The first terminal of the first semiconductor switch and the first terminal of the third semiconductor switch are combined and connected to the positive terminal of the DC voltage source. The second terminal of the third semiconductor switch and the first terminal of the fourth semiconductor switch are combined and connected to the second load terminal. The second terminal of the second semiconductor switch and the second terminal of the fourth semiconductor switch are combined and connected to the negative terminal of the DC voltage source.
Реверсивный полупроводниковый коммутатор, работающий на индуктивную нагрузку, выполнен на полупроводниковых ключах первом (К1), втором (К2), третьем (К3) и четвертом (К4).The reversible semiconductor switch operating on inductive load is made on the semiconductor switches of the first (K1), second (K2), third (K3) and fourth (K4).
Первый вывод 1 первого (К1) полупроводникового ключа и первый вывод 2 третьего (К3) полупроводникового ключа, в качестве которых использованы тиристоры 3 (Т1) и тиристоры 4 (Т3), а также диоды 5 (VD1) и диоды 6 (VD2) соответственно, подключены к положительному выводу 7 источника постоянного напряжения. Катод тиристора 3 (Т1) соединен с анодом полупроводникового диода 5 (VD1), а анод тиристора 3 (Т1) соединен с катодом полупроводникового диода 5 (VD1). Катод тиристора 4 (Т3) соединен с анодом полупроводникового диода 6 (VD2), а анод тиристора 4 (Т3) соединен с катодом полупроводникового диода 6 (VD2).The first terminal 1 of the first (K1) semiconductor key and the first terminal 2 of the third (K3) semiconductor key, which are used as thyristors 3 (T1) and thyristors 4 (T3), as well as diodes 5 (VD1) and diodes 6 (VD2), respectively are connected to the positive terminal 7 of the constant voltage source. The cathode of thyristor 3 (T1) is connected to the anode of semiconductor diode 5 (VD1), and the anode of thyristor 3 (T1) is connected to the cathode of semiconductor diode 5 (VD1). The cathode of thyristor 4 (T3) is connected to the anode of semiconductor diode 6 (VD2), and the anode of thyristor 4 (T3) is connected to the cathode of semiconductor diode 6 (VD2).
Второй вывод 8 первого (К1) полупроводникового ключа и первый вывод второго (К2) полупроводникового ключа, то есть коллектор 9 транзистора 10 (Т2) второго (К2) полупроводникового ключа, объединены и соединены с первым выводом 11 индуктивной нагрузки 12 (L).The second terminal 8 of the first (K1) semiconductor key and the first terminal of the second (K2) semiconductor key, that is, the collector 9 of the transistor 10 (T2) of the second (K2) semiconductor key, are combined and connected to the first terminal 11 of the inductive load 12 (L).
Второй вывод 13 третьего (К3) полупроводникового ключа и первый вывод четвертого (К4) полупроводникового ключа, то есть коллектор 14 транзистора 15 (Т4) четвертого (К4) полупроводникового ключа, объединены и соединены со вторым выводом 16 индуктивной нагрузки 12 (L).The second terminal 13 of the third (K3) semiconductor key and the first terminal of the fourth (K4) semiconductor key, that is, the collector 14 of the transistor 15 (T4) of the fourth (K4) semiconductor key, are combined and connected to the second terminal 16 of the inductive load 12 (L).
Второй вывод второго (К2) полупроводникового ключа, то есть эмиттер 17 транзистора 10 (Т2), и второй вывод четвертого (К4) полупроводникового ключа, то есть эмиттер 18 транзистора 15 (Т4), объединены и подключены к отрицательному выводу 19 источника постоянного напряжения.The second terminal of the second (K2) semiconductor switch, i.e. the emitter 17 of the transistor 10 (T2), and the second terminal of the fourth (K4) semiconductor switch, that is, the emitter 18 of the transistor 15 (T4), are combined and connected to the negative terminal 19 of the DC voltage source.
Работа реверсивного полупроводникового коммутатора, работающего на индуктивную нагрузку, происходит следующим образом.The work of a reversible semiconductor switch operating on an inductive load occurs as follows.
При подаче управляющих сигналов на управляющий электрод тиристора 3 (Т1) и на базу транзистора 15 (Т4) ток протекает по нагрузке 12 (L) в прямом направлении. При снятии управляющего сигнала с базы транзистора 15 (Т4) возникающая ЭДС замыкается через диод 6 (VD2) и все еще открытый тиристор 3 (Т1). При снижении ЭДС до порогового значения тиристор 3 (Т1) сам закрывается, и ток протекать не будет. Выдержка времени на переключение не делается.When applying control signals to the control electrode of the thyristor 3 (T1) and the base of the transistor 15 (T4), the current flows through the load 12 (L) in the forward direction. When the control signal is removed from the base of transistor 15 (T4), the resulting EMF is closed via diode 6 (VD2) and the thyristor 3 (T1) still open. When the EMF decreases to the threshold value, the thyristor 3 (T1) closes itself, and the current will not flow. Time delay for switching is not done.
При подаче управляющих сигналов на управляющий электрод тиристора 4 (Т3) и на базу транзистора 10 (Т2) ток протекает по нагрузке 12 (L) в обратном направлении. При снятии управляющего сигнала с базы транзистора 10 (Т2) возникающая ЭДС самоиндукции, которая поддерживает прежнее направление тока на нагрузке 12 (L), замыкается через диод 5 (VD1) и все еще открытый тиристор 4 (Т3). При снижении ЭДС до порогового значения тиристор 4 (Т3) сам закрывается, и ток протекать не будет. Выдержка времени на переключение не делается.When applying control signals to the control electrode of the thyristor 4 (T3) and to the base of the transistor 10 (T2), the current flows through the load 12 (L) in the opposite direction. When the control signal is removed from the base of transistor 10 (T2), the resulting self-induction EMF, which maintains the previous current direction at load 12 (L), is closed through diode 5 (VD1) and still open thyristor 4 (T3). When the EMF decreases to a threshold value, thyristor 4 (T3) closes itself, and the current will not flow. Time delay for switching is not done.
Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что изобретение имеет преимущества по сравнению с известным из-за повышенной надежности за счет надежной нейтрализации действия ЭДС самоиндукции при коммутации индуктивной нагрузки, уменьшения расхода электрической энергии и обеспечения отсутствия необходимости в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей за счет изменения схемы подключения полупроводниковых ключей. Thus, on the basis of the foregoing, it can be concluded that the invention has advantages over the known one due to the increased reliability due to the reliable neutralization of the EMF effect of self-induction when switching inductive loads, reducing the consumption of electric energy and ensuring that there is no need for additional fixed shutter speed time when switching semiconductor switches by changing the connection diagram of the semiconductor switches.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014148654/08A RU2562778C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Reversible semiconductor switching device operating for inductive load |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014148654/08A RU2562778C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Reversible semiconductor switching device operating for inductive load |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2562778C1 true RU2562778C1 (en) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014148654/08A RU2562778C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Reversible semiconductor switching device operating for inductive load |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2562778C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1525899A1 (en) * | 1988-02-10 | 1989-11-30 | Всесоюзный Институт Повышения Квалификации Руководящих Работников И Специалистов Легкой Промышленности | Reversible switching device |
| US5285345A (en) * | 1990-10-31 | 1994-02-08 | Vdo Adolf Schindling Ag | Modulator switching system having at least one semiconductor switch for adaptation to different load ranges and protection thresholds |
| RU2079968C1 (en) * | 1992-11-16 | 1997-05-20 | Научно-исследовательский институт электромеханики | Reversing inductive-load switch |
| US20130009692A1 (en) * | 2008-09-23 | 2013-01-10 | Transphorm Inc. | Inductive Load Power Switching Circuits |
-
2014
- 2014-12-02 RU RU2014148654/08A patent/RU2562778C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1525899A1 (en) * | 1988-02-10 | 1989-11-30 | Всесоюзный Институт Повышения Квалификации Руководящих Работников И Специалистов Легкой Промышленности | Reversible switching device |
| US5285345A (en) * | 1990-10-31 | 1994-02-08 | Vdo Adolf Schindling Ag | Modulator switching system having at least one semiconductor switch for adaptation to different load ranges and protection thresholds |
| RU2079968C1 (en) * | 1992-11-16 | 1997-05-20 | Научно-исследовательский институт электромеханики | Reversing inductive-load switch |
| US20130009692A1 (en) * | 2008-09-23 | 2013-01-10 | Transphorm Inc. | Inductive Load Power Switching Circuits |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3035532B1 (en) | Gate drive circuit and method of operating same | |
| JP6255766B2 (en) | Gate drive circuit | |
| JP6454936B2 (en) | Power converter and power conditioner using the same | |
| US8446747B2 (en) | Power converter using normally on field effect transistors | |
| US20100127652A1 (en) | Motor driving circuit | |
| KR101806731B1 (en) | Gate driving apparatus | |
| JP2015216790A (en) | Power converter and power conditioner using the same | |
| US20160301351A1 (en) | Gate driving circuit, inverter circuit, and motor control device | |
| EP2871765A1 (en) | NPC converter for use in power module, and power module incorporating same | |
| JP2019161720A5 (en) | ||
| CN109075693A (en) | The driving circuit of power component | |
| US9590490B2 (en) | Inrush current suppression circuit | |
| RU2562778C1 (en) | Reversible semiconductor switching device operating for inductive load | |
| CN103929104A (en) | Drive circuit without extra drive power source | |
| JP5644403B2 (en) | Switching circuit, half-bridge circuit and three-phase inverter circuit | |
| US9608620B2 (en) | Control system and control method for controlling a switching device integrated in an electronic converter and switching cell comprising said system | |
| CN205753364U (en) | A kind of induction heating power overvoltage crowbar in parallel | |
| CN204761407U (en) | Normal close solid state relay is normally opened to constant current formula | |
| JP2013098336A (en) | Gate drive circuit | |
| US9923482B2 (en) | System and method for a power inverter with controllable clamps | |
| US9966947B2 (en) | Gate driving circuit for insulated gate-type power semiconductor element | |
| US8767426B2 (en) | Matrix converter controlling apparatus | |
| CN210669566U (en) | Series-parallel switching circuit with reverse connection preventing function | |
| CN112383296B (en) | Bidirectional combined switch | |
| UA130821U (en) | HYBRID Dual-pole DC current contactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171203 |