SU650176A1

SU650176A1 - Dc-to-dc converter

Info

Publication number: SU650176A1
Application number: SU752147377A
Authority: SU
Inventors: Юрий Петрович Гончаров; Николай Васильевич Панасенко; Лидия Михайловна Темкина; Николай Александрович Тимченко
Original assignee: Харьковский Ордена Ленина Политехнический Институт Им. В.И.Ленина
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1975-06-23
Publication date: 1979-02-28

Description

1one

Изобретение относитс к промышленной электронике и может найти применение з устройствах электропитани двигателей посто нного тока,узлов автоматики и средств св зи.The invention relates to industrial electronics and can be applied to power supply devices of direct current motors, automation units and communication facilities.

Известны схемы преобразователей посто нного напр жени , используемые в промышленной электронике в качестве регул торов посто нного напр жени , а также в устройствах электропитани двигателей посто нного тока 1, 2.DC voltage converter circuits are known that are used in industrial electronics as DC voltage regulators, as well as in power supply devices for DC motors 1, 2.

Эти схемы содержат силовой и коммутирующий тиристоры, разр дный диод, шунтирующий нагрузку и узел принудительной коммутации. Поскольку напр жение на коммутирующем конденсаторе при работе этих преобразователей выше напр жени питани , коммутационные потери энергии составл ют значительную величину.These circuits contain power and switching thyristors, a discharge diode, a shunt load, and a forced switching node. Since the voltage on the switching capacitor during the operation of these converters is higher than the supply voltage, the switching energy loss is a significant amount.

Наиболее близким к изобретению вл етс преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовой управл емый вентиль , шунтированный обратным диодом, вспомогательный управл емый вентиль, узел емкостной коммутации, коммутирующий конденсатор, коммутирующий дроссель, диод, разр дный диод, подзар дную цепочку и нагрузку 3.Closest to the invention is a DC / DC converter containing a power controlled valve, shunted by a return diode, an auxiliary controlled valve, a capacitive switching node, a switching capacitor, a switching choke, a diode, a discharge diode, a charge circuit, and a load 3.

Этот преобразователь обладает повышенными коммутационными потер ми энергии This converter has an increased switching energy loss.

вследствие того, что напр жение на коммутирующем конденсаторе, следовательно, и на остальных эледментах узла емкостной коммутации , зависит от тока нагрузки. Потери энергии в конденсаторе пропорциональны квадрату напр жени , а в дросселе и вентил х- напр жению. Схемное врем восстановлени управл ющих свойств тиристора при коммутации с огран 1ченным обратным напр жением в 1,5-4 раза больше паспортного времени. Это вызывает увеличение потерь в элементах контура. Поскольку напр жение на силовом и вспомогательном вентил х возрастает скачком, их обычно защищают от эффекта dU/dt / С-цепочками. Зар д конденсатора защ 1тной цепочки происходит через резистор, в нем выдел етс то же количество энергии, которое накапливаетс в конденсаторе, что увеличивает коммутационные потери в узле кол1мутации.due to the fact that the voltage on the switching capacitor, and therefore, also on the rest of the capacitive switching node, depends on the load current. The energy losses in the capacitor are proportional to the square of the voltage, and in the choke and the valve to the x-voltage. The circuit time of the restoration of the control properties of the thyristor during switching with the limiting reverse voltage is 1.5–4 times the passport time. This causes an increase in losses in the contour elements. Since the voltage on the power and auxiliary fans increases in a jump, they are usually protected from the effect of dU / dt / C-chains. The charge of the capacitor of the protective circuit occurs through a resistor, it releases the same amount of energy that is accumulated in the capacitor, which increases the switching loss in the switching unit.

Цель изобретени - снизить фактическое напр жение на коммутирующем конденсаторе , сократить схемное врем , необходимое дл восстановлени управл ющих свойств силового тиристора и снизить потери в защитной цепочке, что позволит уменьшить коммутационные потери энергии и тем самым повысить КПД преобразовател .The purpose of the invention is to reduce the actual voltage at the switching capacitor, to reduce the circuit time required to restore the control properties of the power thyristor and to reduce losses in the protective circuit, which will reduce the switching energy loss and thereby increase the efficiency of the converter.

Поставленна цель достигаетс тем, что в узел емкостной коммутации известногоThe goal is achieved by the fact that in the node capacitive switching known

iipeo6pa30BarcviH посто нного напр жени введен импульсный трансформатор с трем оомотками, нервична оомотка которого через выпр мительный мост подключена к источнику питани , конец одной вторичной обмотки через один из разделительных диодов подключен к общей точке коммутирующего конденсатора из коммутирующего дроссел , а через второй разделительный диод - к общей точке конденсатора и резистора защитной цепочки, защунтированпого дополнительным диодом, а начало вторичной обмотки подключено к отрицательному полюсу источника питапи , друга вторична обмотка включена последовательно с оОратным диодом, шунтирующим силовой тиристор .A constant-voltage iipeo6pa30BarcviH voltage transformer is introduced with three ohmotics, the neural circuit of which is connected to a power source through a rectifier bridge, the end of one secondary winding is connected to a common switching capacitor point from a switching throttle, and through a second separating diode to the common point of the capacitor and the resistor of the protective circuit, which is triggered by an additional diode, and the beginning of the secondary winding is connected to the negative pole of the pitapi source, etc. ha secondary winding connected in series with a diode oOratnym shunting power thyristor.

tla чертеже приведена схема преобразовател .tla drawing shows the converter circuit.

Преобразователь содержит силовой тиристор 1, соединенный с нагрузкой 2, котора щунтирована разр дным диодом 3. Параллельно тиристору 1 подключен вспомогательный тиристор 4, соединенный через вспомогательный диод 5 с нагрузкой, ilaраллельно тиристору 4 нодключена коммутирующа iC-цепочка, состо щий из конденсатора б и дроссел 7, а также защитна цепочка, состо ща из конденсатора 8 и резистора 9, защунтированпого дополнительным диодом 1U. К, источнику питапи через выпр мительный мост И, состо щий из диодов 12-15 подключена первична обмотка 16 импульсного трапсформатора 17, конец одной вторичной обмотки 18 через разделительный диод 19 подключен к общей точке конденсатора б и дроссел 7, а через второй разделительный диод 20 - к общей точке конденсатора 8 и резистора 9, зашунтированного диодом 10, а начало вторичной обмотки 18 подключепо к отрицательному полюсу источника питапи . Начало другой вторичной обмотки 21 подключено к аноду обратного диода 22 щунтирующего тиристор 1, а конец - к катоду тиристора 1.The converter contains a power thyristor 1 connected to a load 2, which is shunted by a discharge diode 3. Parallel to the thyristor 1, an auxiliary thyristor 4 is connected, connected via auxiliary diode 5 to the load, ilaryrally thyristor 4 is connected to an iC switching circuit consisting of a capacitor b and a choke. 7, as well as a protective circuit consisting of a capacitor 8 and a resistor 9, clamped by an additional 1U diode. To the source of a pitapi through the rectifying bridge I, consisting of diodes 12-15, the primary winding 16 of the pulse trapsformer 17 is connected, the end of one secondary winding 18 is connected to the common point of the capacitor b and throttle 7 via the separating diode 19, and through the second separating diode 20 - to the common point of the capacitor 8 and the resistor 9, shunted by the diode 10, and the beginning of the secondary winding 18 is connected to the negative pole of the power source. The beginning of the other secondary winding 21 is connected to the anode of the reverse diode 22 of the shunt thyristor 1, and the end to the cathode of the thyristor 1.

Схема работает следующим образом.The scheme works as follows.

При подаче напр жеии питани коммутирующий конденсатор 6 зар жаетс через дроссель 7, диод 5 и нагрузку 2. При включении силового тиристора i напр жепие питани прикладываетс к нагрузке 2, и через нее протекает выходной ток. Дл запирани силового тиристора 1 включаетс вспомогательный тиристор 4, и происходит колебательный перезар д конденсатора 6 в коптуре , образованном тиристором 4, дросселем 7 и конденсатором 6. Через полпериода колебаний тиристор 4 занираетс , и коммутационный ток начинает протекать через диод 5 в силовом тиристоре 1, уменьша в нем суммарный ток до нул . При запирании тиристора 1 открываетс диод 22. При нарастании тока в цепи, щуитирующей силовой тиристор 1, в обмотке 21 импульсного трансформатора 16 возникает ЭДС самоиидукЦШ1 , Г1ол рнос1ъ которой такова, что происходит включение диодов 12, 14. Первична обмотка 16 подключаетс при этом к источнику питани , и на обмотке 21 устанавливаетс посто нное напр жение. Соотношение между числом витков первичной обмотки 16 и обмотки 21 выбираетс таким, чтобы величина обратного напр жени , прикладываемого к тиристору 1, составл ла 20-ЗОВ. Схемное врем восстановлени управл ющих свойств тиристора ири иапр жени х, больших 20 В, равно паспортному времени в отличие от известных схем с ограниченным обратным напр жением, у которых схемное врем восстановлени в 1,5-4 раза больше паспортного.When the supply voltage is applied, the switching capacitor 6 is charged through the choke 7, diode 5 and load 2. When the power thyristor i is turned on, the supply voltage is applied to the load 2 and the output current flows through it. To lock up the power thyristor 1, an auxiliary thyristor 4 is turned on, and an oscillatory recharge of capacitor 6 occurs in the smoke chamber formed by the thyristor 4, choke 7 and capacitor 6. After a half-period of oscillation, the thyristor 4 is lowered and the switching current starts to flow through diode 5 in the power thyristor 1, reduce it to the total current to zero. When thyristor 1 is locked, diode 22 opens. When current rises in the circuit, shunting power thyristor 1, in the winding 21 of the pulse transformer 16 an EMF of self-induced CC1 occurs, with which diodes 12, 14 are connected. Primary winding 16 is connected to the source power, and a constant voltage is applied to the winding 21. The ratio between the number of turns of the primary winding 16 and the winding 21 is chosen such that the amount of reverse voltage applied to the thyristor 1 is 20. The circuit time for restoring the control properties of a thyristor to a voltage greater than 20 V is equal to the passport time, in contrast to the known schemes with limited reverse voltage, whose circuit recovery time is 1.5–4 times longer than the passport time.

При выключении диода 22 начинаетс процесс дозар да конденсатора 6 током нагрузки до амплитудного значени напр жени . Когда напр жение на конденсаторе 6 нрсвышает напр жение питани на 1-1,5В, открываетс диод 19 и ко вторичной обмотке 18 прикладываетс разность напр жений конденсатора 6 и источника питани .When the diode 22 is turned off, the process of charging the capacitor 6 with the load current to the amplitude value of the voltage begins. When the voltage on the capacitor 6 increases the supply voltage by 1-1.5V, diode 19 opens and the voltage difference between the capacitor 6 and the power supply is applied to the secondary winding 18.

Как только напр жение на первичпой обмотке 16 станет достаточным дл отпирани пары диодов 13 и 15, дальнейший процесс зар да конденсатора 6 прекращаетс . Ток зар да конденсатора 6 начнет протекать в контуре, состо щем из диодов 3, 5, 19, дроссед 7 и вторичной обмотки 18 импульсного трапсформатора 17, мину конденсатор 6. При насыщении трансформатора 17 конденсатор 6 разр жаетс до напр жени питани через источник, обмотку 18 и диод 19. Таким образом, амплитудное значение напр жени на коммутирующем конденсаторе 6 равно напр жению питани преобразовател .As soon as the voltage on the primary winding 16 becomes sufficient to unlock a pair of diodes 13 and 15, the further charging process of the capacitor 6 stops. The charge current of the capacitor 6 will begin to flow in a circuit consisting of diodes 3, 5, 19, Drossed 7 and the secondary winding 18 of the pulse trapsformer 17, the capacitor 6 min. When the transformer 17 is saturated, the capacitor 6 is discharged to the supply voltage 18 and diode 19. Thus, the amplitude value of the voltage on the switching capacitor 6 is equal to the voltage of the converter.

При выключении диода 22 на тиристоре 1 возрастает пр мое напр жение со скоростью , определ емой скоростью зар да защитного конденсатора 8 через дроссель 7 и диод 10. Поскольку емкость коммутирующего конденсатора 6 значительно больше емкости защитного конденсатора 8, можно считать, что зар д конденсатора 8 происходит от источника посто иного напр жени . Чтобы напр жение на конденсаторе 8 в результате колебательного характера зар да не превысило напр жение питани , конденсатор 8 подключен через диод 20 ко вторичной обмотке 18. Как только напр жение на конденсаторе 8 станет достаточным дл отпирани диодов 13, 15, к первичной обмотке 16 трансформатора 17 подключаетс напр жение питани и дальнейший рост напр жени на конденсаторе защитной цепочки прекращаетс .When diode 22 on thyristor 1 is turned off, the direct voltage increases with a speed determined by the charging rate of the protective capacitor 8 through the choke 7 and diode 10. Since the capacity of the switching capacitor 6 is much higher than the capacity of the protective capacitor 8, we can assume that the charge of the capacitor 8 comes from a constant voltage source. In order that the voltage on the capacitor 8 does not exceed the supply voltage due to the oscillatory nature of the charge, the capacitor 8 is connected via the diode 20 to the secondary winding 18. As soon as the voltage on the capacitor 8 becomes sufficient to unlock the diodes 13, 15 of the transformer 17, the supply voltage is switched on and the further voltage rise on the capacitor of the protective circuit is stopped.

Разр д конденсатора 8 при включении тиристора 4 происходит через резистор 9, который выбираетс из услови ограничени разр дного тока. При последующем включении силового тиристора 1 процессы в схеме повтор ютс .The discharge of the capacitor 8 when turning on the thyristor 4 occurs through a resistor 9, which is selected from the condition of limiting the discharge current. Upon the subsequent switching on of the power thyristor 1, the processes in the circuit are repeated.

Claims

1.Patent of France No. 2133653, cl. П 02 m 3/00, 1973.

2. German Patent N 223589, cl. H 02 m 3/14, 1973.

3. Goncharov Yu. P. and others. Autonomous inverters. Chisinau, “Shtiintsa, 1974, p. 122.

+

I