RU222619U1 - Резонансный инвертор с квазирезонансным снаббером - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использована при построении систем преобразования электрической энергии. Технический результат: уменьшение потерь на транзисторах за счет регулирования частоты квазирезонанса путем настройки емкости снабберных конденсаторов. Резонансный инвертор содержит четыре силовых транзистора (VT2…VT5), работающие в ключевом режиме, восемь снабберных конденсаторов (С2…С9), установленных параллельно каналу каждого транзистора (VT2…VT5), один резонансный конденсатор (C10), одну катушку индуктивности (L1), один резонансный трансформатор (T1). Уменьшение потерь на транзисторах в резонансном инверторе происходит за счет регулирования частоты квазирезонанса путем настройки емкости снабберных конденсаторов. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использована при построении систем преобразования электрической энергии.

Известен активный снаббер для мостового/полумостового инвертора напряжения [патент РФ 90629, МПК H02M 1/16, опубл. 10.01.2010], содержащий первый и второй регулируемые ключи инвертора, к общей точке которых подключен вывод нагрузки и один вывод дросселя, коллектор первого регулируемого ключа инвертора, соединенный с катодом шунтирующего его первого обратного диода и выводом первой емкости, подключен к плюсовому выводу источника питания, а эмиттер второго регулируемого ключа инвертора, соединенный с анодом шунтирующего его второго обратного диода и выводом второй емкости, подключен к минусовому выводу источника питания, а второй вывод дросселя подключен к точке соединения первого и второго ключей снаббера, зашунтированных третьим и четвертым обратными диодами, при этом коллектор первого ключа снаббера подключен к плюсовому выводу источника питания через разделительный конденсатор, а эмиттер второго ключа снаббера подключен к минусовому выводу источника питания через другой разделительный конденсатор.

Недостатками данной системы являются невозможность настройки частоты квазирезонанса, и, как следствие, регулирования значения потерь при переключении транзисторов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является резонансный инвертор, включающий в себя силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме, резонансный конденсатор подключенный к резонансной катушке индуктивности с одной стороны и к средней точке верхней пары транзисторов с другой стороны, резонансная катушка индуктивности, подключенная к трансформатору с одной стороны и к средней точке нижней пары транзисторов с другой [«Силовая электроника»: учебник и практикум для вузов / Ю. К. Розанов, М. Г. Лепанов, стр.115-126].

Недостатками данной системы являются невозможность настройки частоты квазирезонанса, и, как следствие, регулирования значения потерь при переключении транзисторов.

Задачей полезной модели является уменьшение массо-габаритных показателей и увеличение КПД.

Технический результат: уменьшение потерь на транзисторах за счет регулирования частоты квазирезонанса путем настройки емкости снабберных конденсаторов.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что резонансный инвертор, включающий силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме, резонансный конденсатор, подключенный к резонансной катушке индуктивности с одной стороны и к средней точке верхней пары транзисторов с другой стороны, резонансную катушку индуктивности, подключенную к трансформатору с одной стороны и к средней точке нижней пары транзисторов с другой стороны, в отличие от прототипа, содержит четыре пары снабберных конденсаторов, подключенных параллельно каналу каждого транзистора с возможностью уменьшения паразитной частоты квазирезонанса.

Сущность полезной модели поясняется фигурами, где на фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема резонансного инвертора, на фиг. 2 - первый вариант жёсткого переключения, на фиг. 3 - второй вариант жесткого переключения, на фиг. 4 - оптимальное переключение.

Резонансный инвертор содержит силовые транзисторы VT2…VT5, работающие в ключевом режиме VT2…VT5, снабберные конденсаторы С2…С9, установленные параллельно каналу каждого транзистора VT2…VT5, резонансный конденсатор C10, катушку индуктивности L1, резонансный трансформатор T1.

Устройство работает следующим образом: поочередно открываются сначала верхний и нижний транзисторы и на LC-контур подается напряжение питания. Затем они закрываются и открываются средние транзисторы, замыкая таким образом резонансный контур на среднюю точку. Для предотвращения одновременного открытия транзисторов и возникновения короткого замыкания вводится время задержки. Время задержки между переключениями подбирается таким образом, чтобы транзисторы переключались при минимальном напряжении, обеспечивая таким образом существенное уменьшение потерь. В резонансном инверторе имеет место быть следующая особенность. В момент, когда все транзисторы фазы выключены, происходит квазирезонанс, обусловленный емкостью закрытых транзисторов и емкостью снабберов. Смягчить переключение в момент окончания времени задержки можно настроив частоту квазирезонанса. Настроить ее возможно за счет изменения емкости снабберов. Как известно, снаббер является демпфирующим элементом, призванным устранить звон при переключении ключей, вызванный резким изменением тока (скоростью переключения) и паразитной индуктивностью. В данном случае снаббер используется для настройки частоты квазирезонанса, чтобы в момент завершения мертвого времени напряжение квазирезонанса находилось в точки экстремума. Помимо частоты, внимание следует уделить и амплитуде колебаний. Амплитуда квазирезонанса определяется мощностью нагрузки, на которую работал инвертор во время последнего периода.

Пример реализации поясняется фигурами 2-4. Из фигуры 2 видно, что, хотя квазирезонанс почти достиг первой точки экстремума (1/4 периода), амплитуда не достигла нуля. Транзистор переключился при разности потенциалов 100 В, что вызвало звон, который отразился на затворе. Данное переключение можно назвать жестким.

Второй более предпочтительный, но все же неидеальный вариант иллюстрируется фигурой 3. Нагрузка слишком велика, что вызвало амплитуду колебаний квазирезонанса, выходящего за диапазон. Видно, что: когда квазирезонанс перешел через 0, открылся внутренний диод транзистора и возник высокочастотный звон, который отразился на затворе.

Наиболее предпочтительный случай показан на фигуре 4. Момент времени, при котором амплитуда квазирезонанса такова, что разность потенциалов на транзисторе (сток-исток) равна нулю, совпадает с моментом времени открытия транзистора. Таким образом, обеспечивается оптимальное переключение транзистора.

Для определения частоты квазирезонанса нужно учесть емкости четырех транзисторов, их снабберов, емкость звена постоянного тока, емкость диодов, индуктивность дорожек:

где f - частота квазирезонанса; L - резонансная индуктивность, обуловленная индуктивностью резонансной катушки и паразитными индуктивностями дорожек на печатной плате; С - резонансная емкость, обусловленная емкостью резонансного конденстора, емкостью конденсаторов звена постоянного тока, емкостью диодов выпрямителя и паразитными емкостями каналов транзисторов, а также емкостью снабберов.

Для обеспечения оптимальной работы инвертора период квазирезонанса должен быть в 4 раза длительнее задержки на переключения транзисторов.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить потери на транзисторах в резонансном инверторе за счет регулирования частоты квазирезонанса путем настройки емкости снабберных конденсаторов.

Claims (1)

1. Резонансный инвертор, включающий силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме, резонансный конденсатор, подключенный к резонансной катушке индуктивности с одной стороны и к средней точке верхней пары транзисторов с другой стороны, резонансную катушку индуктивности, подключенную к трансформатору с одной стороны и к средней точке нижней пары транзисторов с другой стороны, отличающийся тем, что содержит четыре пары снабберных конденсаторов, подключенных параллельно каналу каждого транзистора с возможностью уменьшения паразитной частоты квазирезонанса.