RU2110133C1

RU2110133C1 - Transistor convertor

Info

Publication number: RU2110133C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Дмитриевич Лютый; Сергей Николаевич Коляго; Сергей Георгиевич Садомов
Original assignee: Конструкторское бюро "Электроавтоматика"
Priority date: 1991-01-02
Filing date: 1991-01-02
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: secondary power supplies. SUBSTANCE: device has inverter 1, control unit 4, protective gear with reclosure delay unit 5, threshold element 6, switching member 7. In addition, it is provided with one more switching member 8 in cut-off voltage supply 9 which prevents operation in self-excitation mode when control unit 4 turns off protective gear. EFFECT: provision for eliminating overloading of inverter power switches. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. The invention relates to a conversion technique and can be used in secondary power sources.

Известны инверторы с пропорционально-токовым управлением, содержащие токовый трансформатор. Недостатком таких инверторов является зависимость частоты преобразования от тока нагрузки и напряжения питания. Known inverters with proportional-current control containing a current transformer. The disadvantage of such inverters is the dependence of the conversion frequency on the load current and supply voltage.

Известны инверторы, содержащие блок управления и силовые ключи с токовым трансформатором, частота преобразования которого стабильна и определяется частотой блока управления. Недостатком такого инвертора является отсутствие защиты от перегрузки по току. Inverters are known containing a control unit and power switches with a current transformer, the conversion frequency of which is stable and is determined by the frequency of the control unit. The disadvantage of this inverter is the lack of overcurrent protection.

Известен конвертор, содержащий датчик тока и блок защиты. Недостатком такого конвертора является его низкая надежность при перегрузках, так как при отсутствии самоблокировки защиты конвертор работает в режиме частых повторных включений, а введение самоблокировки не всегда приемлемо. A known converter containing a current sensor and a protection unit. The disadvantage of such a converter is its low reliability during overloads, since in the absence of a self-locking protection, the converter operates in the frequent restart mode, and the introduction of self-locking is not always acceptable.

Наиболее близким к предлагаемому является транзисторный конвертор, содержащий датчик тока во входной силовой цепи и блок защиты, состоящий из порогового и ключевого элементов, причем последний включен в цепь питания блока управления конвертора, а также узел задержки повторного включения, содержащий в выходной цепи накопительный конденсатор, а во входной - разделительный диод. Недостатком этого конвертора является наличие в силовой цепи датчика тока, падение напряжения на котором снижает КПД конвертора. Кроме того, он имеет ограниченное применение ввиду того, что известное решение неработоспособно, если в его инверторе используются силовые ключи с пропорционально-токовым управлением. В этом случае при перегрузке по току выключение блока управления не приводит к выключению силовых ключей, так как наличие такого трансформатора обеспечивает положительную обратную связь, и силовые ключи продолжают работать с частотой колебаний, определяемых параметрами токового трансформатора. Closest to the proposed one is a transistor converter containing a current sensor in the input power circuit and a protection unit consisting of threshold and key elements, the latter being included in the power supply circuit of the converter control unit, as well as a re-enable delay unit containing a storage capacitor in the output circuit, and in the input, an isolation diode. The disadvantage of this converter is the presence of a current sensor in the power circuit, the voltage drop on which reduces the efficiency of the converter. In addition, it has limited application due to the fact that the known solution is inoperative if power switches with proportional-current control are used in its inverter. In this case, when overcurrent occurs, turning off the control unit does not turn off the power switches, since the presence of such a transformer provides positive feedback, and the power switches continue to work with the oscillation frequency determined by the parameters of the current transformer.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД за счет полного выключения инвертора и использования в качестве датчика тока токового трансформатора. The purpose of the invention is improving reliability and efficiency due to the complete shutdown of the inverter and the use of a current transformer as a current sensor.

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторном конверторе, содержащем инвертор на силовых ключах, датчик тока в силовой цепи, выходной выпрямитель с фильтром, блок управления конвертором, блок защиты, состоящий из узла задержки повторного включения, порогового и ключевого элементов, причем выход узла задержки повторного включения подключен ко входу порогового элемента, выход которого подключен ко входу ключевого элемента, ключевой элемент включен в цепь питания блока управления, в блок защиты введены последовательно соединенные дополнительный ключевой элемент, источник запирающего напряжения, разделительные диоды, причем дополнительный ключевой элемент через разделительные диоды подключен к управляющим входам силовых ключей инвертора, источник запирающего напряжения плюсовым выводом подключен к минусовой шине источника питания, в блок управления введен токовый трансформатор, первичная обмотка которого использована в качестве датчика тока, вторичная обмотка подключена к управляющим входам силовых ключей, а дополнительная обмотка ко входу узла задержки повторного включения. This goal is achieved by the fact that in a transistor converter containing an inverter with power switches, a current sensor in the power circuit, an output rectifier with a filter, a converter control unit, a protection unit, consisting of a delay unit for re-inclusion, threshold and key elements, and the output of the delay unit re-enable is connected to the input of the threshold element, the output of which is connected to the input of the key element, the key element is included in the power supply circuit of the control unit, series-connected e additional key element, a source of blocking voltage, isolation diodes, moreover, an additional key element is connected through the isolation diodes to the control inputs of the inverter power keys, the source of the blocking voltage is connected to the negative bus of the power source by a positive output, and a current transformer is inserted into the control unit, the primary winding of which is used as a current sensor, the secondary winding is connected to the control inputs of the power switches, and the additional winding is connected to the input of the delay unit To Re-enable.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что транзисторный конвертор отличается тем, что в блок защиты введены последовательно соединенные дополнительный ключевой элемент, источник запирающего напряжения, разделительные диоды, причем дополнительный ключевой элемент через разделительные диоды подключен к управляющим входам силовых ключей инвертора, источник запирающего напряжения плюсовым выводом подключен к минусовой шине источника питания, в блок управления введен токовый трансформатор, первичная обмотка которого использована в качестве датчика тока, вторичная обмотка подключена к управляющим входам силовых ключей, а дополнительная обмотка - ко входу узла задержки повторного включения. Comparative analysis with the prototype shows that the transistor converter is different in that an additional key element, a blocking voltage source, isolation diodes are connected in series to the protection unit, and the additional key element is connected through the isolation diodes to the control inputs of the inverter power switches, the blocking voltage source is connected with a positive output connected to the negative bus of the power source, a current transformer is introduced into the control unit, the primary winding of which is used Call as a current detector, the secondary winding is connected to control inputs of the power switches, and the additional winding - to the input node delay reclosing.

Введение дополнительного ключевого элемента с последовательно соединенным источником запирающего напряжения позволяет при выключении блока управления ключевым элементом блока защиты исключить работу инвертора в автоколебательном режиме, тем самым устранить перегрузки по току силовых ключей инвертора и, таким образом, повысить надежность конвертора. The introduction of an additional key element with a series-connected source of blocking voltage allows to turn off the inverter in self-oscillating mode when the control unit is turned off by the key element of the protection unit, thereby eliminating the current overload of the inverter power switches and, thus, increasing the reliability of the converter.

Кроме того, использование в качестве датчика тока токового трансформатора позволяет исключить датчик тока из входной силовой цепи, что повышает КПД конвертора. In addition, the use of a current transformer as a current sensor makes it possible to exclude a current sensor from the input power circuit, which increases the efficiency of the converter.

Сравнение решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями показывает, что такие элементы, как разделительные диоды, дополнительный ключевой элемент и источник запирающего напряжения, известны, но введение перечисленных элементов в схему конвертора позволяет надежно выключать инвертор на силовых ключах, а подключение узла задержки повторного включения к дополнительной обмотке токового трансформатора позволило исключить датчик тока из входной силовой цепи, что приводит к снижению потерь мощности на датчике тока и повышению КПД конвертора. A comparison of the solution not only with the prototype, but also with other technical solutions shows that elements such as isolation diodes, an additional key element and a source of blocking voltage are known, but the introduction of these elements into the converter circuit allows you to reliably turn off the inverter on the power switches, and the connection node delay re-inclusion to the additional winding of the current transformer allowed to exclude the current sensor from the input power circuit, which leads to a reduction in power loss at the current sensor and increase the efficiency of the converter.

На чертеже приведена схема предлагаемого конвертора. Конвертор содержит инвертор на силовых ключах 1, выходной выпрямитель 2 с фильтром 3, блок управления 4. The drawing shows a diagram of the proposed Converter. The converter contains an inverter with power switches 1, an output rectifier 2 with a filter 3, a control unit 4.

Блок защиты состоит из узла 5 задержки повторного включения, содержащего разделительный диод и накопительный конденсатор, порогового элемента 6 и ключевого элемента 7, дополнительного ключевого элемента 8 источника 9 запирающего напряжения, разделительных диодов 10. К выходу конвертора подключена нагрузка 11, выход узла 5 задержки повторного включения подключен ко входу порогового элемента 6, выход которого подключен ко входу ключевого элемента 7, ключевой элемент 7 включен в цепь питания блока 4 управления конвертором, к выходу порогового элемента 6 подключен также вход дополнительного ключевого элемента 8, который включен между разделительными диодами 10, подключенными ко входным цепям силовых ключей инвертора 1, и минусовым выводом источника запирающего напряжения 9, плюсовой вывод которого соединен с минусовой шиной источника питания. Ко входу узла 5 задержки повторного включения подключена дополнительная обмотка токового трансформатора инвертора 1. The protection unit consists of a re-enable delay unit 5 containing an isolation diode and a storage capacitor, a threshold element 6 and a key element 7, an additional key element 8 of a blocking voltage source 9, isolation diodes 10. A load 11 is connected to the converter output, and the output of the re-delay delay unit 5 switch is connected to the input of the threshold element 6, the output of which is connected to the input of the key element 7, the key element 7 is included in the power circuit of the converter control unit 4, to the output of the threshold electric 6, the input of the additional key element 8 is also connected, which is connected between the diode diodes 10 connected to the input circuits of the power switches of the inverter 1 and the negative output of the blocking voltage source 9, the positive output of which is connected to the negative bus of the power source. An additional winding of the current transformer of the inverter 1 is connected to the input of the node 5 of the delay of repeated inclusion.

Конвертор работает следующим образом. При нормальной нагрузке блок 4 управления через ключевой элемент 7 подключен к первичному источнику питания. Выходные сигналы блока 4 управления управляют силовыми ключами инвертора 1 и определяют частоту их работы. При возникновении перегрузки происходит увеличение тока через силовые ключи и соединенные с ними первичные обмотки токового трансформатора инвертора 1. При этом увеличивается напряжение на дополнительной обмотке токового трансформатора, подключенной ко входу узла 5 задержки повторного включения, что приводит к росту напряжения на накопительном конденсаторе узла задержки. Как только ток через силовые ключи превысит пороговое значение (предельно-допустимый ток), напряжение на дополнительной обмотке токового трансформатора и на конденсаторе узла 5 задержки повторного включения возрастет до порогового значения. При этом срабатывает пороговый элемент 6 и ключевой элемент 7, размыкаясь, отключает блок 4 управления от первичного источника питания. Работа блока 4 управления прекращается. Одновременно с этим сигнал с выхода порогового элемента 6 замыкает дополнительный ключевой элемент 8, который через разделительные диоды 10 подключает источник 9 запирающего напряжения к управляющим входам силовых ключей инвертора 1. Силовые ключи надежно запираются и работа инвертора 1 прекращается. Входной ток инвертора сразу после выключения инвертора 1 становится равным нулю и напряжение на обмотках токового трансформатора инвертора 1 становится равным нулю. Однако выключения порогового элемента не происходит, так как конденсатор узла 5 задержки повторного включения относительно медленно разряжается за счет малого входного тока порогового элемента 6. Процесс разряда через дополнительную обмотку токового трансформатора инвертора 1 исключается отсекающим диодом узла 5 задержки повторного включения. The converter operates as follows. Under normal load, the control unit 4 through the key element 7 is connected to the primary power source. The output signals of the control unit 4 control the power keys of the inverter 1 and determine the frequency of their operation. When an overload occurs, the current increases through the power switches and the primary windings of the current transformer of the inverter 1 connected to them. In this case, the voltage at the additional winding of the current transformer connected to the input of the re-enable delay unit 5 increases, which leads to an increase in the voltage across the storage capacitor of the delay unit. As soon as the current through the power switches exceeds the threshold value (maximum permissible current), the voltage at the additional winding of the current transformer and at the capacitor of the re-enable delay unit 5 will increase to the threshold value. When this occurs, the threshold element 6 and the key element 7, opening, disconnects the control unit 4 from the primary power source. The operation of the control unit 4 is terminated. At the same time, the signal from the output of the threshold element 6 closes the additional key element 8, which connects the blocking voltage source 9 to the control inputs of the power switches of the inverter 1 through the diodes 10. The power switches are locked and the operation of the inverter 1 is stopped. The inverter input current immediately after turning off the inverter 1 becomes equal to zero and the voltage across the windings of the current transformer of inverter 1 becomes equal to zero. However, the threshold element does not turn off, since the capacitor of the re-enable delay unit 5 is relatively slowly discharged due to the small input current of the threshold element 6. The discharge process through the additional winding of the inverter 1 current transformer is eliminated by the cut-off diode of the re-enable delay unit 5.

После разрядки конденсатора, когда напряжение на нем становится ниже порогового, ключевой элемент 7 замыкается, а ключевой элемент 8 размыкается. При этом вновь попадает питание на блок 4 управления. Работа инвертора возобновляется и входной ток возрастает. Затем, если вновь входной ток превысит пороговое значение, то в результате последовательного срабатывания порогового 6, ключевого 7 и дополнительного ключевого элементов 8 происходит повторное выключение инвертора 1. After the capacitor is discharged, when the voltage on it drops below the threshold, the key element 7 closes, and the key element 8 opens. At the same time, power is supplied to the control unit 4 again. The inverter resumes operation and the input current rises. Then, if the input current again exceeds the threshold value, then as a result of successive operation of the threshold 6, key 7 and additional key elements 8, the inverter 1 is turned off again.

Таким образом, осуществляется релейно-пусковой режим работы конвертора с периодичностью, определяемой узлом 5 задержки повторного включения на протяжении всего времени перегрузки. После снятия перегрузки конвертор автоматически восстанавливает свою нормальную работу. Thus, the relay-starting mode of operation of the converter is carried out with a frequency determined by the re-enable delay unit 5 throughout the entire overload time. After removing the overload, the converter automatically restores its normal operation.

Таким образом, введение в схему конвертора дополнительного ключевого элемента и источника запирающего напряжения, а также исключение из входной силовой цепи датчика тока и использование в его качестве токового трансформатора позволило увеличить КПД инвертора, снизить перегрев ключевых элементов инвертора и повысить надежность конвертора. Thus, the introduction of an additional key element and a source of blocking voltage into the converter circuit, as well as the exclusion of the current sensor from the input power circuit and the use of a current transformer as it, made it possible to increase the inverter efficiency, reduce overheating of the inverter key elements, and increase the reliability of the converter.

Claims

A transistor converter comprising an inverter on power switches, a current sensor in the power circuit, an output rectifier with a filter, a converter control unit, a protection unit consisting of a delay unit for re-enable, threshold and key elements, the output of the delay unit for re-enable connected to the input of the threshold element the output of which is connected to the input of the key element, the key element is included in the power supply circuit of the control unit, characterized in that, in order to increase reliability and efficiency due to the complete shutdown of the inverter and use of a current transformer as a current sensor, an additional key element, a blocking voltage source, isolation diodes are serially connected to the protection unit, the additional key element being connected through the isolation diodes to the control inputs of the inverter power keys, the blocking voltage source is connected to the negative bus by a positive terminal a power source, a current transformer is introduced into the control unit, the primary winding of which is used as a current sensor, the secondary winding is connected to the control inputs of the power switches, and the additional winding is connected to the input of the delay switching unit.