RU2025881C1

RU2025881C1 - A c converter for supply of inductor

Info

Publication number: RU2025881C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин; Геннадий Васильевич Мизин; Анатолий Иванович Пахалин; Сергей Федорович Трифонов; Виктор Иванович Пригожин; Василий Серафимович Самойлов
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин; Геннадий Васильевич Мизин; Анатолий Иванович Пахалин; Сергей Федорович Трифонов; Виктор Иванович Пригожин; Василий Серафимович Самойлов
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: A.C. converter for supply of inductor has half-bridge resonance inverter with control unit and input capacitive filter 1 built on transistors 2, 3 with diodes 4, 5 and capacitors 6, 7. In its A.C. diagonals there are placed inductor 8, bridge single-phase rectifier on diodes 9-12, two current pickups 14, 15 in circuit of diodes 4, 5. Control unit includes two OR gates 16, 25, comparator 17, former 18, flip-flop 19, two AND gates 20, 22, two output stages 21, 23 and NOT gate 24. EFFECT: enhanced reliability of power supply. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических установок. The invention relates to a conversion technique and can be used as a power source for electrotechnological installations.

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора (заявка Японии N 62-26157, кл. H 05 B 6/12, опублик. 1988), содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненный на транзисторах с встречными диодами и конденсаторах, в диагональ переменного тока которого включен индуктор, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, к выходы - к фильтру инвертора, причем входы блока управления соединены с общей точкой соединения конденсаторов инвертора, общей точкой соединения транзисторов и коллекторов одного из транзисторов, а выходы - с базами транзисторов. Known AC converter for powering the inductor (Japanese application N 62-26157, class H 05 B 6/12, published. 1988), containing a half-bridge resonant inverter with a control unit and an input capacitive filter made on transistors with counter diodes and capacitors, in the diagonal of the alternating current of which an inductor is included, a single-phase bridge rectifier on diodes, the input of which is connected to the output of the alternating voltage generator, to the outputs - to the inverter filter, and the inputs of the control unit are connected to a common connection point ensatorov inverter, the common node of one transistor and the collectors of the transistors and outputs - to bases of transistors.

Недостатком преобразователя является низкая надежность его работы из-за высоких коммутационных потерь в транзисторах и диодах. The disadvantage of the converter is its low reliability due to high switching losses in transistors and diodes.

Известен преобразователь переменного тока для питания индуктора (заявка Японии N 62-58119, кл. H 05 B 6/12, опублик. 1988), содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления, выполненный на тиристорах с встречными диодами и конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включена последовательная цепь, состоящая из индуктора и первого коммутирующего конденсатора, зашунтированная вторым коммутирующим конденсатором, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выходы - к входным выводам инвертора, причем входы блока управления соединены с общей точкой соединения конденсаторов, общей точкой соединения тиристоров и входом выпрямителя, а выходы - с управляющими электродами тиристоров. Known AC converter for powering the inductor (Japanese application N 62-58119, class H 05 B 6/12, published 1988), comprising a half-bridge resonant inverter with a control unit, made on thyristors with counter diodes and capacitors, in the diagonal of AC which includes a serial circuit consisting of an inductor and a first switching capacitor, shunted by a second switching capacitor, a single-phase bridge rectifier on diodes, the input of which is connected to the output of an alternating voltage generator, and the outputs are to the input terminals of the inverter, and the inputs of the control unit are connected to a common point of connection of the capacitors, a common point of connection of the thyristors and the input of the rectifier, and the outputs to the control electrodes of the thyristors.

Недостатком преобразователя является низкая надежность его работы из-за высоких коммутационных потерь в тиристорах и диодах. The disadvantage of the converter is its low reliability due to high switching losses in thyristors and diodes.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь переменного тока для питания индуктора (заявка Японии N 61-61508, кл. H 05 B 6/12, опублик. 1987), содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненный на транзисторах с встречными диодами и конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включен индуктор, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выходы - к фильтру инвертора, причем входы блока управления соединены с положительным выводом выпрямителя и общей точкой соединения транзисторов, а выходы - с базами транзисторов. The closest in technical essence to the invention is an AC converter for powering the inductor (Japanese application N 61-61508, class H 05 B 6/12, published. 1987), containing a half-bridge resonant inverter with a control unit and an input capacitive filter, made on transistors with opposing diodes and capacitors, in the diagonal of the alternating current of which an inductor is switched on, a single-phase bridge rectifier on diodes, the input of which is connected to the output of the alternating voltage generator, and the outputs to the inverter filter, and inputs b eye control connected to the positive terminal of the rectifier and the common junction point of transistors, and the outputs - to bases of transistors.

Недостатком прототипа является низкая надежность его работы из-за высоких коммутационных потерь в транзисторах и диодах. The disadvantage of the prototype is the low reliability of its operation due to the high switching losses in transistors and diodes.

Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя переменного тока для питания индуктора. The purpose of the invention is to increase the reliability of the AC Converter to power the inductor.

Цель достигается тем, что преобразователь переменного тока для питания индуктора, содержащий полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром, выполненный на транзисторах с встречными диодами и конденсаторах, в диагонали переменного тока которого включен индуктор, мостовой однофазный выпрямитель на диодах, вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выходы - к фильтру инвертора, причем первый и второй выходы блока управления соединены с базами транзисторов, снабжен первым и вторым датчиками тока встречных диодов, блок управления выполнен содержащим первый элемент ИЛИ, компаратор, формирователь, триггер, первый элемент И и первый выходной каскад, соединенные последовательно, второй элемент И, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера, второй выходной каскад, вход которого соединен с выходом второго элемента И, элемент НЕ, вход которого соединен с выходом формирователя, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом формирователя, второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом компаратора, второй вход - с выходом элемента НЕ, а выход - с вторыми входами элементов И, при этом первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого датчика, а второй вход - с выходом второго датчика тока встречных диодов, выход первого выходного каскада соединен с первым выходом блока управления, а выход второго выходного каскада - с вторым выходом блока управления. The goal is achieved by the fact that the AC converter for powering the inductor, comprising a half-bridge resonant inverter with a control unit and an input capacitive filter, made on transistors with counter diodes and capacitors, in the diagonal of the AC of which an inductor is connected, a single-phase bridge rectifier on diodes, the input of which is connected to the output of the alternating voltage generator, and the outputs to the inverter filter, and the first and second outputs of the control unit are connected to the bases of transistors, equipped with the first and with current sensors of oncoming diodes, the control unit is made up of a first OR element, a comparator, a driver, a trigger, a first And element and a first output stage connected in series, a second And element, whose first input is connected to the second output of the trigger, the second output stage, whose input connected to the output of the second AND element, the element NOT whose input is connected to the output of the driver, the second OR element, the first input of which is connected to the output of the driver, the second OR element, the first input of which is connected to the comparator, the second input with the output of the element NOT, and the output with the second inputs of the AND elements, with the first input of the first OR connected to the output of the first sensor, and the second input with the output of the second current sensor of the oncoming diodes, the output of the first output stage is connected with the first output of the control unit, and the output of the second output stage with the second output of the control unit.

Существенным отличием преобразователя переменного тока для питания индуктора является высокая надежность его работы. Повышение надежности обусловлено снижением коммутационных потерь в транзисторах и диодах инвертора преобразователя за счет обеспечения режима коммутации при малом токе и напряжении. Повышение надежности работы является новым качеством преобразователя. Новое качество обусловлено новыми элементами, связями, реализацией блока управления т.е. отличительными признаками. В силу этого отличительные признаки заявляемого преобразователя для питания индуктора являются существенными. A significant difference between the AC converter for powering the inductor is its high reliability. The increase in reliability is due to a decrease in switching losses in transistors and diodes of the inverter of the converter due to the provision of the switching mode at low current and voltage. Improving reliability is the new quality of the converter. The new quality is due to new elements, relationships, implementation of the control unit i.e. distinguishing features. Because of this, the distinguishing features of the inventive converter for powering the inductor are significant.

На чертеже приведена схема преобразователя переменного тока для питания индуктора. The drawing shows a diagram of an AC converter for powering the inductor.

Преобразователь переменного тока для питания индуктора содержит полумостовой резонансный инвертор с блоком управления и входным емкостным фильтром 1, выполненный на транзисторах 2, 3 с встречными диодами 4, 5 и конденсаторах 6, 7, в диагонали переменного тока которого включен индуктор 8, мостовой однофазный выпрямитель на диодах 9-12, вход которого подключен к выходу генератора 13 переменного напряжения, а выходы - к фильтру инвертора, датчики 14, 15 тока встречных диодов. Блок управления инвертора содержит первый элемент ИЛИ 16, компаратор 17, формирователь 18, триггер 19, первый элемент И 20 и первый выходной каскад 21, соединенные последовательно, второй элемент И 22, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера, второй выходной каскад 23, вход которого соединен с выходом второго элемента И, элемент НЕ 24, вход которого соединен с выходом формирователя, второй элемент ИЛИ 25, первый вход которого соединен с выходом компаратора, второй вход - с выходом элемента НЕ, а выход - с вторыми входами элементов И. Первый вход первого элемента ИЛИ 16 соединен с выходом первого датчика 14, а второй вход - с выходом второго датчика 15 тока встречных диодов. Выход первого выходного каскада 21 соединен с первым выходом блока управления, а выход второго выходного каскада 23 - с вторым выходом блока управления. Выходы блока управления соединены с базами транзисторов. The AC converter for supplying the inductor contains a half-bridge resonant inverter with a control unit and an input capacitive filter 1, made on transistors 2, 3 with counter diodes 4, 5 and capacitors 6, 7, in the diagonal of the alternating current of which an inductor 8 is connected, a single-phase bridge rectifier on diodes 9-12, the input of which is connected to the output of the alternating voltage generator 13, and the outputs to the inverter filter, current sensors 14, 15 of the oncoming diodes. The inverter control unit contains a first element OR 16, a comparator 17, a driver 18, a trigger 19, a first element And 20 and a first output stage 21 connected in series, a second element And 22, the first input of which is connected to the second output of the trigger, the second output stage 23, the input of which is connected to the output of the second element AND, the element is NOT 24, the input of which is connected to the output of the driver, the second element is OR 25, the first input of which is connected to the output of the comparator, the second input is with the output of the element NOT, and the output is with the second inputs of the elements I. First the first input of the first OR element 16 is connected to the output of the first sensor 14, and the second input is connected to the output of the second current sensor 15 of the oncoming diodes. The output of the first output stage 21 is connected to the first output of the control unit, and the output of the second output stage 23 is connected to the second output of the control unit. The outputs of the control unit are connected to the bases of transistors.

Преобразователь переменного тока для питания индуктора работает следующим образом. The AC Converter for powering the inductor operates as follows.

Переменное напряжение с выхода генератора 13 преобразуется выпрямителем в знакопостоянное, имеющее пульсацию удвоенной частоты переменного напряжения. Выходное напряжение выпрямителя фильтруется емкостным фильтром 1 и поступает на вход инвертора. Транзисторы 2, 3 инвертора включаются поочередно. При включении очередного транзистора (2, 3) через индуктор 8 протекает полуволна тока разряда конденсаторов 6, 7. Запирание транзисторов 2, 3 происходит после включения диодов 4, 5. При этом в моменты включения диодов 4, 5 по сигналу с выхода элемента ИЛИ 16 на выходе компаратора 17 формируется нулевой сигнал, переводящий элементы И 20 и 22 в запертое состояние (сигнал на входы элементов И 20, 22 поступает через элемент ИЛИ 25). Транзисторы 2, 3 выключаются по сигналам выходных каскадов 21, 23. После выключения диодов (4, 5) на выходе компаратора 17 формируется единичный сигнал. Формирователь 18 по фронту сигнала с выхода компаратора 17 формирует короткий импульс, переводящий триггер 19 в новое состояние. Триггер работает в счетном режиме. На время действия импульса на выходе формирователя 18 элементы И 20 и 22 остаются в запертом состоянии (сигнал с выхода формирователя 18 на входы элементов И 20 и 22 поступает через элементы НЕ 24 и ИЛИ 25). Далее на выходах элементов И 20 и 22 формируется сигнал, обеспечивающий включение транзисторов (2, 3). В интервале действия импульса на выходе формирователя 18 в работе инвертора имеет место пауза. Выходные каскады 21, 23 усиливают импульсы управления транзисторами 2, 3 до необходимого уровня. Ток диодов 4, 5 измеряется датчиками 14, 15 тока. The alternating voltage from the output of the generator 13 is converted by the rectifier into an alternating voltage having a ripple of twice the frequency of the alternating voltage. The output voltage of the rectifier is filtered by a capacitive filter 1 and fed to the input of the inverter. Transistors 2, 3 of the inverter are turned on alternately. When the next transistor (2, 3) is turned on, the half-wave of the discharge current of the capacitors 6, 7 flows through the inductor 8. The transistors 2, 3 are locked after the diodes 4, 5 are turned on. At the same time, when the diodes 4, 5 are turned on, the signal from the output of the OR element 16 at the output of the comparator 17, a zero signal is formed, which translates the elements And 20 and 22 into the locked state (the signal at the inputs of the elements And 20, 22 comes through the element OR 25). Transistors 2, 3 are turned off by the signals of the output stages 21, 23. After turning off the diodes (4, 5), a single signal is generated at the output of the comparator 17. Shaper 18 on the edge of the signal from the output of the comparator 17 generates a short pulse, translating the trigger 19 into a new state. The trigger works in counting mode. For the duration of the pulse at the output of the shaper 18, the elements And 20 and 22 remain in the locked state (the signal from the output of the shaper 18 to the inputs of the elements And 20 and 22 enters through the elements NOT 24 and OR 25). Next, at the outputs of the elements And 20 and 22, a signal is formed that ensures the inclusion of transistors (2, 3). In the interval of the pulse at the output of the shaper 18 in the operation of the inverter there is a pause. The output stages 21, 23 amplify the control pulses of the transistors 2, 3 to the required level. The current of diodes 4, 5 is measured by current sensors 14, 15.

Пауза в работе инвертора обеспечивает необходимые условия для восстановления вентильных свойств диодов 4, 5. В результате через транзисторы 2, 3 не протекают сквозные токи. При включении транзисторов 2, 3 ток через них нарастает с невысокой скоростью, обеспечиваемой колебательным разрядом конденсаторов 6, 7 через индуктор. Включение транзисторов 2, 3 происходит при низком напряжении, равном падению напряжения на открытых диодах (4, 5). A pause in the inverter operation provides the necessary conditions for restoring the valve properties of diodes 4, 5. As a result, through currents do not flow through transistors 2, 3. When you turn on the transistors 2, 3, the current through them increases at a low speed, provided by the oscillatory discharge of the capacitors 6, 7 through the inductor. The inclusion of transistors 2, 3 occurs at a low voltage equal to the voltage drop across the open diodes (4, 5).

По сравнению с прототипом заявляемый преобразователь переменного тока для питания индуктора более надежен в работе. Повышение надежности оценивается по времени наработки на отказ. Время наработки на отказ заявляемого преобразователя ориентировочно в 1,3-1,4 раза выше времени наработки на отказ прототипа и составляет около 2000 ч. Повышение надежности обусловлено снижением коммутационных потерь в транзисторах и диодах преобразователя. Это объясняется обеспечением условий выключения транзисторов при нулевом токе и малом напряжении, отсутствием сквозных токов, включением транзисторов при нулевом токе. Compared with the prototype of the inventive AC converter for powering the inductor is more reliable in operation. Reliability increase is estimated by time between failures. The MTBF of the inventive converter is approximately 1.3-1.4 times higher than the MTBF of the prototype and is about 2000 hours. The increase in reliability is due to a decrease in switching losses in the transistors and diodes of the converter. This is due to the provision of conditions for turning off the transistors at zero current and low voltage, the absence of through currents, the inclusion of transistors at zero current.

Claims

An AC power converter for feeding an inductor, comprising a half-bridge resonant inverter with a control unit and an input capacitive filter, made on transistors with counter diodes and capacitors, in the diagonal of the alternating current of which an inductor is included, a single-phase bridge rectifier on diodes, the input of which is connected to the output of the voltage generator and the conclusions to the inverter filter, the first and second outputs of the control unit are connected to the bases of transistors, characterized in that, in order to increase reliability , it is equipped with first and second counter current diode current sensors, the control unit is made up of a first OR element, a comparator, a shaper, a trigger, a first And element and a first output stage connected in series, a second And element, the first input of which is connected to the second trigger output, the second the output stage, the input of which is connected to the output of the second AND element, the element NOT, whose input is connected to the output of the driver, the second OR element, the first input of which is connected to the output of the comparator, the second input - with the output of the element H and the output with the second inputs of AND elements, the first input of the first OR element is connected to the output of the first sensor, and the second input with the output of the second current sensor of the oncoming diodes, the output of the first output stage with the first output of the control unit, and the output of the second output stage with the second output of the unit management.