SU1529383A1 - Мостовой инвертор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани  и электропривода. Цель изобретени  - повышение надежности путем введени  защиты от короткого замыкани  переходов высоковольтных транзисторов. Мостовой инвертор содержит управл емые ключи 1 - 4. Каждый ключ содержит N высоковольтных транзисторов 7 - 1 ... 7 - N, соединенных параллельно через первые предохранители 6 - 1... 6 N, а в цепь их эмиттеров включен общий управл ющий транзистор 5. В базовые цепи высоковольтных транзисторов 7 - 1... 7 - N включены вторые предохранители 8 - 1... 8 - N, защищающие от коротких замыканий всех переходов этих транзисторов. При коротком замыкании переходов повышаетс  напр жение на конденсаторе 10, открываютс  стабилитрон 17 и первый тиристор 16. Трансформатор тока 15 открывает соответствующий второй тиристор (25, 26) и через четвертый резистор 30 осуществл етс  "выжигание" первых и вторых предохранителей 6, 8. 3 ил.

Description

N высоковольтных транзисторов 7-1... 7-N, соединенных Параллельно через первые предохранители 6-1...6-N, а в цепь их эмиттеров включен общий управл ющий транзистор 5. В базовые цепи высоковольтных транзисторов 7-1... 7-N включены вторые предо хра- нители 8-1...8-N , защищающие от коротких замыканий всех переходов этих

транзисторов. При коротком замыкании переходов повышаетс  напр жение на. конденсаторе 10, открываютс  стабилитрон 17 и первый тиристор 16.

Трансформатор 15 тока открывает соответствующий .второй тиристор (25s 26) и через четвертый резистор 30 осуществл етс  выжигание первых и

вторых предохранителей 6, 8, 3 ил.

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах вторичного электропитани  электропривода.

Цель изобретени  - повьпление надежности путем введени  защиты от короткого замыкани  переходов высоковольтных транзисторов.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого мостового инвертораJ на ЭИГ.2 - схема блока управлени  на )иг.З - временные диаграммы, по сн ющие его работу (индексы при переменных соответствуют номеру элемента , схемы на фиг.2).

Мостовой инвертор (фиг,1) содержи управл емые ключи 1-4. Каждый ключ состоит из последовательно соединенных управл ющего транзистора 5 и N включенных параллельно через первые предохранители 6-1...6-N высоковольных транзисторов 7-1c,.7-N. Базовые выводы высоковольтных транзисторов 7-1...7-N через вторые предохрани- |тели 8-1...8-N и диодно-рёзистив- ные цепочки 9-1...9-N подключены JK первому выводу конденсатора 10, :второй вывод которого соединен с эмиттером управл ющего транзистора 5. Базовый вывод управл ющего тран- зистора 5 через первый резистор 11 подключен к управл ющему входу клю- |ча, с которым также соединен анод диода 121 К катоду диода 12 подклю- :чены выводы токовыравнивающих вто- ;рых резисторов 13-1...13-N, вторые ;выводы которых соединены с общими точками предохранителей 8-1...8-N и ;цепочек 9-1...9-N. Параллельно кон- |денсатору 10 через первичную обмотк 14 трансформатора 15 тока подключен ;первь й тиристор 16. Последовательно соединенные стабилитрон 17 и третий резистор 18 включены параллельно

0

5

тиристору 16, при этом обща  стабилитрона 17 и резистора 18 соединена с управл ющим выводом тиристора 16. Между эмиттерами высоко0 вольтных транзисторов 7-1...7-N и точками соединени  базовых предохранителей 8-1,..8-N, резисторов 13-1... 13-N и цепочек 9-1...9-N включены диоды 19-1... 19-N. Диод 20 предназ5 начен дл  рекуперации энергии нагрузки .

Через дроссель 21, шунтированный первым диодом 22, к входным выводам 23, 24 подключены последовательно соединенные вторые тиристоры 25 и 26, к управл ю1дим входам которых подключены вторичные обмотки 27, 28 трансформатора 15 тока. Первична  обмотка силового трансформатора 29 отводом средней точки соединена через токоограничивающий четвертый резистор 30 с точкой соединени  тиристоров 25 и 26, а крайними выводами подключена к диагонали переменного тока мостового инвертора. Излучающие элементы оптопар 31, 32 соединены встречно-параллельно и через п тьй резистор 33 подключены параллельно резистору 30.

Блок 34 управлени  (фиг.2) содержит логический элемент 3 ИЛИ 35, входы которого соединены с фотодио- оптопар 31, 32 и через согласующую цепь 36 с обмотками 37, 38 трансформатора 15.4ВЫХОД логического элемента 3 ИЛИ 35 подключен к первому входу и через элемент задержки 39 к второму входу логического элемента 2 ИЛИ 40,. выходом соединенного с R-входом триггера 41. На D-вход триг гера 41 подан сигнал 1, а С-вход через логический элемент НЕ 42 соединен с выходом задающего генератора 43, Счетный вход триггера 44

5

G

нен с выходом логического элемента 2И 45, входы которого соединены с выходами задающего генератора 43 и триггера.41. Управл ющие входы ключей 1-4 подключены через цепи 46, 47 гальванической разв зки к выходам логических элементов 2И 48, 49, входы которых соединены с выходами триггеров 41, 44.

Устройство работает следую цим образом.

В нормальном режиме работы, когда всё. транзисторы в ключах 1-4 исправны , сигнал на выходе триггера 41 соответствует 1, разрешающей прохождение выходных сигналов задающего генератора 43 на вход триггера 44 и выходных сигналов триггера 44 на входы цепей 46, 47 гальванической разв зки . Происходит поочередна  коммутаци  диагонально противоположных ключей 1,4 и 2,3. При положительной пол рности управл ющего сигнала относительно эмиттера транзистора 5 ток управлени , протека  по первой последовательной цепи: диод 12 - резисторы 13-1...«13-N - базовые предохранители 8-1...8-N - база-эмйттер ные переходы высоковольтных транзисторов ... 7-N - коллектор-эмиттер- ный переход управл ющего транзистора 5, и по второй последовательной цепи резистор 11 - база-эмиттерный перехо управл ющего транзистора 5, поддерживает управл юищй транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7-1... 7-N в насыщенном состо нии. Ток нагрузки, протекает через предохранители 6-t...6-N, транзисторы 7-1... 7-N и транзистор 5.

Цри изменении пол рности управл ющего сигнала транзистор 5 закрываетс , отключа  эмиттеры высоковольтных транзисторов 7-1...7-N. Вследствие того, что высоковольтные транзисторы более инерционны, чем высокочастотный низковольтный управл ющий транзистор 5, они остаютс  в насыщенном состо ьтии. Ток нагрузки начинает протекать через база-коллекторные переходы высоковольтных транзисторов 7-1...7-N, базовые предохранители 8-1...8-N, диоды цепочек 9-1 .. .9-N, конденсатор 10. В результате . под действием тока нагрузки происходит рассасывание носителей зар да из коллекторных и базовых слоев высоковольтных транзис-

5293836

торов ,.,7-М при отключенных их база-эмиттерных переходах, т.е. закрытие высоковольтных транзисторов происходит по схеме с общей базой. По окончании процесса рассасывани  высоковольтные транзисторы 7-1... 7-N закрываютс , и зар д конденсатора 10 прекращаетс . )Q С по влением опирающего импульса напр жени  управл ющий транзистор 5 и высоковольтные транзисторы 7-1.... открываютс , и конденсатор 10 разр жаетс  через резисторы цепочек 15 9-1,0,9-N, базовые предохранители 8-1,..8-N, база-эмиттерные переходы высоковольтных транзисторов ... 7-N и управл ющий транзистор 5. Происходит формированное включение 20 высоковольтных транзистор-ов за счет энергии, накопленной в конденсаторе 10 на интервале рассасывани  носителей зар да.

Предположим, что в момент t g 25 (фиг.З), когда открыты ключи 2 и 3, произошел отказ транзистора 7-1 в ключе 1. При этом образовалось короткое замыкание не только коллектор- базового, но и база-эмиттерного пере- 30 хода транзистора 7-1. Образуетс  следующа  цепь протекани  тока: входной вывод 23 - дроссель 21 - предохранитель 6-1 - короткозамкнутый коллектор-базовый переход транзистора 7-1 - базовый предохранитель 8-1 - диод цепочки 9-1 - конденсатор 10 - открытый ключ 2 - входной вывод 24. Нарастание тока ограничиваетс  дрос.се- лем 21. Конденсатор 10 зар жаетс ,при JQ ЭТОМ напр жение на переходе коллектор - эмиттер управл ющего транзистора 5 отличаетс  от напр жени  на конденсаторе 10 лишь на величину падени  напр жени  на диоде 9-1. .г При превьштении напр жением на конденсаторе 10 порогового значени  происходит пробой стабилитрона 17 и открытие тиристора 16.Ток замыкаетс  по цепи: входной вывод 23 - дроссель 21 35

предохранитель 6-1 - короткозамкнутый коллектор-базовьй переход транзистора 7-1 - предохранитель 8-1 - диод цепочки 9-1 - обмотка 14 трансформатора 15 тока - тиристор 16 - открытый ключ 2 - входной вывод 24.

При протекани -: тока через обмотку 14 трансформатора 15 тока на его обмотках 27, 28 и 37, 38 по вл етс  имлульс напр жени , что приводит к

ткрытню тиристора 26 и по вленшо | диничного сигнала на входе логичес- ого элемента ЗЮМ 35. На вькоде sjre ента ЗШМ 35 также по вл етс  1, воздействующа  через элемент 40 на К-вход триггера 41, на вькоде которого устанавливаетс  0. Нулевой сигнал на первом входе логического элемента 2И. 45 запрещает прохождение актовых импульсов с задающего гене- атора 43 на вход триггера 44, ко- орый остаетс  в состо нии, соот- :}етствующем включенному положению слючей 2,3. Кроме того, воздейст- ием нулевого сигнала на входы эле- leHTOB 2И 48, 49 снимаютс  отпираю- ;цие сигналы .с ключей 2,3, которые }акрываютс .

После закрыти  ключа 2 и открыти  иристора 26 ток выжигани  замыкает- :  по следующей цепи: входной вывод 23 - дроссель 21 - предохранитель -1 - короткозамкнутый коллектор-базовый переход транзистора 7-1 - предохранитель 8-1 - диод цепочки -1 - обмотка 14 трансформатора 15 гока - тиристор 16 - лева  секци  1ервичной обмотки силового трансфор- laTopa 29 - резистор 30 - тиристор 16 - входной вывод 24. Направление гока через полуобмотку силового трансформатора 26 показана на фиг.1 ;трелкой. За счет падени  напр лсени  ia резисторе 27 протекает ток через :ветодиод оптопары 31 , в результате фотодиод этой оптопары открыт, и на входе логического элемента ЗИЛИ 35 сохран етс  1. Ток вьисигани  предй кранителей на этом интервале времени эграничен резистором 30.

I При равном токе, протекающем через предохранители, первым срабатывает (перегорает) предохранитель 8-1 базовой цепи, так как по сравнению с .предохранителем 6-1 коллекторной епи он выбираетс  на меныпи й ток. |После перегорани  базового предохра- Иител  8-1 ток замыкаетс  по следую- |щей цепи: выходной вывод 23 - дроссель 21 - предохранитель 6-1 - корот |козамкнутый коллектор-эмиттерньй пе- реход транзистора 7-1 - параллельные ветви, состо щие из последовательно соединенных диодов 1 9-1 ... 19-N-и дио цов цепочек 9-1...9-N,- обмотка 14 Трансформатора 15 тока - тиристор И 6 - полуобмотка силового трансформатора 29 - резистор 30 - тиристор 26 - входной вывод 24.

После перегорани  предохранител 

6-15 которое длитс  единицы - дес тки миллисекунд и составл ет дес тки - сотни периодов преобразовани , в момент t ток в цепи выжигани  прекра-- щаетс , прекращаетс  также ток в

светодиоде оптопары 31, на входе и выходе логического элемента ЗИЛИ 35 устанавливаетс  О, С задержкой,необходимой дл  наделшого закрывани  тиристоров 16, 26 н определ емой элементом 39, в момент t на выходе логического элемента 2ШМ 20 также устанавливаетс  О.

По фронту спада импульса задающе

го генератора 43 в момент/t триг|Т II

гер 41 переключаетс  в 1,что ведет к разрешению прохождени  выходных сигналов триггера 44 на входы цепей 46, 47 гальванической разв зки . Триггер 44 находилс  в состо -

НИИ предаварийного положени ,поэтому вновь открываютс  ключи 2,3,и ток в первичной обмотке силового трансформатора 29 имеет направление, противоположное направлению тока,

протекающего при выжигании предохранителей , что обеспечивает изменение индукции силового трансформатора 29 в размагничивающем направлении. На выходе логического элемента 45 с мо-

мента t по вл ютс  импульсы, и нормальна  работа устройства Восстанавливаетс ,

40

По сравнению с прототипом в предлагаемом мостовом инверторе посто нного напр жени  при отказе одного li.3 высоковольтных транзисторов с помощью плавких предохранителей отключаютс  коллекторный и базовый выводе ды отказавшего транзистора, что предотвращает шунтирование база-эмиттер- ных переходов исправных высоковольтных транзисторов в случае короткого замыкани  всех выводов отказавшего транзистора.

50

55

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Мостовой инвертор, содержащий силовой трансформатор и четыре управл емых ключа, каждый из которых состоит из N включенных через первые предохранители параллельно высоковольтных транзисторов, и вкгаоченный

   в общую цепь нх эмиттеров управл ющий транзистор, база которого через первый резистор соединена с управл ющим входом управл емого ключа, к ко- терему подключены через N вторых резисторов цепи баз высоковольтных транзисторов, соединенные через N диодне-резистивных цепочек с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к эмиттеру управл ющего транзистора, соединенному с катодом и первым выводом первого тиристора и первым выводом третьего резистора, второй вывод кеторего сое динен с управл ющим электродом первого тиристора и первым выводом ста- б1 питрона, анод первого тиристора соединен с первым выводом первичной обметки трансформатора тока, вторич- ма  обмотка которого подключена к управл ющему входу одного из двух вторых тиристоров, .соединенных пе полумостовой схеме, выход которой через четвертый резистор соединен с отводом от средней точки первичней

   обмотки силового трансформатора, а параллельно четвертому резистору через п тый резистор включены встречно последовательно соединенные входные цепи двух оптопар, выходные цепи которых подключены к блоку управлени  причем в цепь питани  моста управл емых ключей включен дроссель, шунтированный встречно включенньпч первым диодом, отличающийс  тем, чтоэ с целью повышени  надежности путем введени  заищты от короткого замыкани  переходов высоковольтных транзисторов , в каждом управл емом ключе цепь базы калщего высоковольтного транзистора выполнена в виде второго предохранител , подключенного одни;- выводом к базе высоковольтного транзистора , а другим выведем через встречно включенный второй диод - к его эмиттеру, второй вывод первичной обмотки трансформатора тока педключен к первому выводу конденсатора, а второй вывод стабилитрона соединен с анодом первого тиристора.