SU1072208A1 - Преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТСЯПНОРО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий основной , силовой управл емый ключ, через цепь нагрузки включенный между входными зажимами, коммутирующий диод цепи нагрузки, конденсаторно-диодную цепь, образованную соединенными последовательно конденсатором и разв зывающим диодом, причем конденсатор соединен с первым электродом выходной цепи основного силового управл емого ключа, а разв зываквдий диод - с вторым, магнитным реактор, перва  обмотка которого через дополнительный ключ включена между средней точкой конденсаторно-диодной цепи и вторым электродом основного силового управл емого ключа, цепь рекуперации энергии магнитного реактора , подключенную к приемнику энергии , цепь управлени  дополнительным ключом, отличающий с  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности, в него введены блокирующий диод, включенный последова- g тельно в цепь первой обмотки магнит- ного реактора, и комгиутирующа  об-, мотка магнитного реактора, включенна  между выходной цепью основного силового управл емого ключа и коммутиру ощим диодом. - го to

Description

2. Преобразователь по п. 1, от личающийс  тем, что цепью нагрузки и выходной цепьюосновного силового управл емого ключа включена втора  обмотка магнитного реактора . 8 3. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что цепь рекуперации энергии магнитного реактора содержит рекуперационный диод, через который перва  обмотка магнитного реактора подключена к первому входному зажиму.

Изобретение относитс  к электротехнике и мохсет найти применение в .силовой полупроводниковой преобразовательной технике. Известен преобразователь посто н ного. напр жени , содержащий силовой управл емый ключ, г оследовательно с выходной цепью которого включены соединенные параллельно нагрузка индуктивного характера и коммутирую щий диод, подключенные к первому входному зажиму, а параллельно выходной цепи включена последовательна  конденсаторно-диодна  цепь, диод которой подключен к второму входному зажиму и шунтирован резистором 11 Т. Недостаток известноГо преобразовател  .заключаетс  в потер х энерггии в силовом управл емом ключе из-за протекани  обратного тока ком мутируквдего диода через выходную цепь ключа, а также потери энергии в резисторе. Наиболее близким к изобретению  вл етс  преобразователь посто нног напр жени , содержащий основной сил вой управл емый ключ, через цепь нагрузки включенный между входными зажимами, коммутирующий диод цепи нагрузки, конденсаторно-диодную цеп образованную соединенными последова тельно конденсатором и разв зывающи диодом, причем конденсатор соединен с первым электродом выходной цепи указанного силового ключа, а разв - зывакадий диод - с вторым, магнитный реактор, перва  обмотка которого че рез дополнительный ключ включена между средней точкой конденсаторнодиодной цепи и вторым электродом основного силового управл емого клю ча, цепь рекуперации энергии магнит ного реактора, подключенную к прием нику энергии, цепь управлени  допол нительным ключом 2. . Недостаток прототипа состоит в том, что отсутствует ограничение обратного тока коммутиругадего диода .цепи нагрузки, из-за чего при отпи|рании основного силового управл емо го ключа возникает режим перегрузки его по току и мощности, что снижает КПД и надежность устройства. Цель изобретени  - повычение КПД и надежности устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем что в преобразователь посто нного напр жени , содержащий основной силовой управл емый ключ, через цепь нагрузки включенный между входными зажимами, коммутирующий диод цепи нагрузки, конденсаторно-диодную цепь, образованную соединенными последовательно конденсатором и разв зьшаю им диодом, причем конденсатор соединен с первым электродом выходной цепи основного силового управл емого ключа, а разв зываквдий диод - с вторым , магнитный реактор, перва  обмотка которого через дополнительный ключ включена между средней точкой конденсаторно-диодной цепи и вторым электродом основного силового управл емого ключа, цепь рекуперации энергии магнитного реактора, подключенную к приемнику энергии, цепь управлени  дополнительным ключом, введены блокирующий диo включенный последовательно в цепь первой обмотки магнитного реактора, и коммутирующа  обмотка магнитного реактора, включенна  между выходной цепью основного силового управл емого ключа и коммутиругацим диодом. Дополнительное повышение КПД может быть получено, если меходу цепью нагрузки и выходной цепью основного силового управл емого ключа включена втора  обмотка магнитного реактора. На чертеже приведена принципиальна  схема преобразовател  посто нного напр жени . Устройство включает входные зажимы 1 и 2, нагрузку 3.1 индуктивного, характера, содержащую индуктивную часть 3.2 (дроссель) и энергопотрёбл кщую (активную) часть 3.3, параллельно которой включен конденсатор 3.4 выходногс фильтра, коммутирукхций диод 4, основной силовой управл емый ключ 5, конденсатор 6 и

разв зывающий диод 7 конденсаторнодиодной цепи, первую обмотку 8 магнитного реактора 9, дополнительный ключ 10, рекуперационный диод 11, блокируквдий диод 12, коммутирующую обмотку 13 магнитного реактора, управл ющую цепь дополнительного ключа, содержащую управл ющую обмотку 14-1 магнитного реактора 9, токорграничиваквдий резистор 14-2, шунтирующий диод 14-3, и вторую обмотку 15 магнитного реактора 9.

К входным зажимам 1 и 2 подключен источник питани . Нагрузка 3.1 индуктивного характера выполнена в виде.соединенных последовательно индуктивной части 3.2 (дроссел ) и энергопотребл ющей (активно) части 3.3 щунтированной конденсате ром 3.4 выходного фильтра. Первый вывод нагрузки подключен к первому входному зажиму 1 устройства, а вто рой вывод нагрузки  йл етс  одновременно выводом обмотки дроссел  3.2. К первому входному зажиму 1, кроме того, подключен первый вывод коммутирующего диода 4.

Между первым и вторым электродами выходной цепи основного силового управл емого ключа 5 включена .конденсаторно-диодна  цепь, образованна  соединенными последовательно конденсатором 6 и разв зывакщим Диодом 7. Конденсатор 6 подключен к первому электроду выходной цепи основного силового управл емого ключа 5, а диод 7 - к второму. Второй электрод выходной цепи основного силового управл емого ключа 5 непосредственно соединен с вторым входным зажимом 2 устройства.

Витки первой обмотки 8 магнитно о реактора 9 . и дополнительный ключ 10, соединенные последовательно , включены в цепь ограничени  тока разр да конденсатора б, причем один вывод первой обмотки 8 соединен с вторым электродом выходной цепи основного силового управл емого ключа 5, а второй вывод через рекуперационный диод 11 подключен к первому входному эажиму 1 устройства . При таком включении первой обмоки 8 она совместно с диодом 11 выполн ет роль цепи рекуперации энергии магнитного реактора 9.

Цепь ограничени  тока разр да демпфирующего конденсатора б включает в себ  блокирующий диод 12, включенный с указанными элементами послдовательно . Эта цепь подключена к средней точке конденсаторно-диодной цепи 6-7.

Управл юща  цепь дополнительного управл емого ключа 10 выполнена в . виде замкнутого контура 14, содержащего соединенные последовательно управл ющую обмотку 14-1 магнитного реактора 9, токоограничивающий резистор 14-2 и шунтируюцлй диод 14-3.

Возможен вариант устройства, в котором цепь ограничени  тока разр 5 да конденсатора б, включающа  в себ  соединенные последовательно витки первой обмотки 8 магнитного реактора 9, дополнительны ключ 10 и .блокирующий диод 12,, включена между

0 точкой соединени  обмотки дроссел  3.2 и активной части 3.3 нагрузки и средней точкой конденсаторнодиодной цепи 6-7. При этом управл ю- ща  цепь дополнительного ключа 10

5 .выполнена в виде резистора, включенного между управл ющим электродом ключа 10 и вторым выводом выходной цепи основного силового управл емого ключа 5 (показано пунктиром).

п Принцип действи  устройства состоит -в следующем.,

Когда основной силовой управл емый ключ 5 заперт, ток обмотки дроссел  3.2 замыкаетс  через обмотки 13

5 и 15 магнитного реактора 9 и коммутирующий Диод 4. При этом сердечник магнитного реактора находитс  в состо нии насыщени  (отрицательной намагниченности ) и напр жение на его обмотке отсутствует, а в базе ком0 мутирукиего диода 4 накоплен зар д. Конденсатор б зар жен до напр жени  питани .

При отпирании основного силового управл емого ключа 5 коммутирующий

5 диод 4 остаетс  в состо нии высокой проводимости вследствие накопленного зар да и напр жение источника питани  прикладываетс  к обмотке 13. При этом на вс.ех обмотках магнитно0 j:o реактора 9 возникает напр жение. .положительной пол рности на началах обмоток.

Возникшее напр жение на управл ющей , обмотке 14-1 вызывает отпирание

5 дополнительного ключа 10. Однако, если число витков первой обмотки 8 выбрано соответствукщим образом (равным или большим числа витков обмотки 13), .блокирующий диод 12 окаQ зываетс  под обратным смадение и

ток разр да конденсатора б по последовательной цепи 8-10-12-6-5-8 не замыкаетс . Конденсатор б при этом сохран ет свой зар д-.

е Положительна  пол рность напр жени  на началах обмоток магнитного реактора 9 оОначает, что его сердечник начинает перемагничиватьс  в положительном направлении.Тогда меж0 ДУ токами обмоток 13, 15 и 14-1 уста навливаетс  следугаца  св зь:

J. W --.IV -3 VC со,

Г 

1S 4 13 14 14-1

где w,,, w.,

- числа витков обмоток 15/ 13, 14-1;

5 ток обмотки /1россел  3.2 (ток нагрузки ) , который можно считат неиэменньом н врем  коммутационных пр цессов ; ток коммутирующего диода 4, протекающий через него в обрат ном направле нии; ток управлени  , задувае мый во входную цепь дополнительного ключа 10. Третьим слагаемым в выражении (1 можно пренебречь в силу малости ток управлени  и, кроме того, если выполнить магнитный реактор таким образом, чтобы 3 озн чает, что через коммутирукхчий диод 4 протекает обратный ток величи . W I ной J -- ij.a через основной силово 3 1/ W управл емый ключ 5 - ток Ограниченность этих токов обусловливает малые потери энергии во врем  процесса коммутации диода 4 как в этом диоде, так и в основном силовом управл емом ключе 5. Во врем  коммутационного процесса запирани  диода 4 от источника питани  потребл етс  дополнительна  энер ги , обусловленна  протеканием обрат ного тока диода 4. Однако эта энерги  не тер етс  бесполезно, а передаетс  в дроссель 3.2 нагрузки, что вызвано дополнительным напр жением в цепи нагрузки, трансформируемым из обмотки 13 в обмотку 15. После запирани  коммутационного диода 4 уменьшаетс  напр жение на обмотках магнитного -реактора 9 и отпираетс  блокируюций диод 12. Через него и дополнительный ключ 10 поддерживаемый в восто нии высокой проводимости за счет напр жени  на управл гацей обмотке 14-1, к первой обмотке 8 магнитного реактора 9 прикладываетс  напр жение зар женного конденсатора 6. По замкнутой цепи 8-10-12-6-5-8 конденсатор 6 начинает разр жатьс , а ток разр да устанавливаетс  равным j -- , т.е. также ограниченным по абсолютной величине. При разр де конденсатора б накопленна , в нем энерги  передаетс  в дроссель 3.2, что вызвано дополнительным напр жением в цепи нагрузки , трансформируемым из обмотки 8 в обмотку 15. По мере разр да конденсатора б уменьшаетс  напр жение на обмотке 8 и соответственно уменьшаетс  управл ющее напр жение на обмотке 14-1. Когда управл квдее напр жение станет недостаточным дл  поддержани  дополнительного ключа 10 в состо нии высокой проводимости, последний, реге- неративно (из-за положительной обратной св зи, осуществл емой цепью 14) перейдет в запертое состо ние. Это происходит в момент, когда конденсатор 6 разр жаетс  почти полностью. После запирани  дополнительного ключа 10 на обмотках магнитного реактора 9 происходит изменение пол рности напр жени , которое растет до тех пор, пока не отпираетс  рекуперационный диод 11. При этом через обмотку 8 и диод 11 замыкаетс  ток W,, величиной О ii . Протекание этого тока означает, что энерги , котора  была передана в дроссель 3.2 нагрузки 3.1 во врем  обратной проводимости коммутирующего диода 4 и во врем  разр да конденсатора 6, теперь возвращаетс  в источник питани  (рекуперируетс ). Во врем  процесса рекуперации сердечник магнитного реактора 9, до этого перемагнитившийс  в положительном направлении, начинает возвращатьс  в исходное состо ние отрицательной намагниченности . Это происходит за счет протекани  тока 3 по обмотке 15. Когда сердечник возвратитс  в состо ние насыщени , напр жени  на обмотках магнитного реактора 9 исчезнут, а энерги  перестанет возвращатьс  в источник питани . При запирании основного силового управл емого ключа 5 действием внешнего сигнала конденсатор 6, разр женный вследствие описанного процесса у начинает зар жатьс  током Зц . При этом напр жение между электродами выходной цепи основного силового управл емого ключа 5 нарастает плавно (замедленно), что обусловливает улучшение коммутационного процесса запирани  и, как следствие, повышение КПД и надежности устройства. Обмотка 8 может быть выполнена двухсекционной, причем в последовательную цепь, содержащую элемён-ты 10-12, включена только часть витков обмотки 8, Управл гада  токозадаквда  цепь 14 может быть выполнена в виде единственного резистора, показанного на . фиг. 1 пунктиром, что проще, но менее энергетически выгодно.

В- случае отсутстви  обмотки 15 сердечник магнитного реактора 9 должен обладать линейной магнитной характеристикой и дополнительна  KOi«inoнента тока основного силового управл емого ключа 5, обусловленна  процессами запирани  коммутирующего диода 4 и разр да конденсатора, б, определ етс  индуктивностью обмоток магнитного реактора 9.

Дл  работы предлагаемого устройства конструкци  цепи рекуперации энергии магнитного реактора 9 несуществена . В частности, использование первой обмотки 8 дл  рекуперации необ зательно, а может быть введена отдельна  рекуперационна  обмотка , если, например, передавать энергию в активную часть нагрузки 3.1, магнитно св занную с выходной цепью основного силового управл ющего ключа 5.

Дл  работы предлагаемого устройства несущественно также место включени  нагрузки: она может быть расположена между вторым электродом выходной цепи основного 5правл емого силового ключа 5 и вторым входным зажимом 2 устройства, причем первый входной зажим 1 соединен с первым электродом выходной цепи основного силового управл кшего ключа 5.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позвол ет повь1сить КПД и надежность за счет . , ограничени  обратного тока коммутирующего диода во врем  коммутации (отпирани ) основного силового уп-. равл емого ключа, разнесени  во времени протекани  обратного тока через коммутирующий диод и тока разр да конденсатора, из-за чего снижаютс  потери энергии в основном силовом управл емом ключе, и возможности

передачи энергии, отбираемой от

источника питани  во врем  обратной проводимости коммутирующего диода в источник питани  или в нагрузку.

Claims (3)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯН-

НОГО НАПРЯ7(ЕНИЯ, содержащий основной. силовой управляемый ключ, через цепь нагрузки включенный между входными зажимами, коммутирующий диод цепи нагрузки, конденсаторно-диодную цепь, образованную соединенными последовательно конденсатором и развязывающим диодом, причем конденсатор соединен с первым электродом выходной цепи основного силового управляемого ключа, а развязывающий диод - с вторым, магнитным реактор, первая обмотка которого через дополнительный ключ включена между средней точкой конденсаторно-диодной цепи и вторым электродом основного силового управляемого ключа, цепь рекуперации энергии магнитного реактора, подключенную к приемнику энергии, цепь управления дополнительным ключом, отличающий ся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, в него введены блокирующий диод, включенный последова- § тельно в цепь первой обмотки магнитного реактора, и коммутирующая об-, мотка магнитного реактора, включенная между выходной цепью основного силового управляемого ключа и коммутирующим диодом.

SU „„1072208 >

2. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что между цепью нагрузки и выходной цепью основного силового управляемого ключа включена вторая обмотка магнитного реактора .

3. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что цепь рекуперации энергии магнитного реактора содержит рекуперационный диод, через который первая обмотка магнитного реактора подключена к первому входному зажиму.