Преобразовательная ячейка

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована во вторичных источниках электропитания, системах бесперебойного электроснабжения, регулируемых электроприводах. Устройство содержит подключенную к входным выводам 1 и 2 цепь, состоящую, из последовательно соединенных силовых ключей 3 и 4, зашунтированных обратными диодами 5 и 6. Дополнительный диод 7 включен между ключами 3 и 4, его катод подключен к ключу, связанному с положительным входным выводом 1, а анод - к ключу, связанному с отрицательным входным выводом 2, анод и катод дополнительного диода через включенные встречно относительно друг друга обмотки 8 и 9 дросселя 10 подключены также к выходному выводу 11. При формировании положительной полуволны выходного напряжения ключ 3 открыт, а ключ 4 - закрыт.Ток от источника питания протекает в нагрузку по цепи ключ 3 - обмотка 8 дросселя 10 - выходной вывод 11. При запирании ключа 3 ток нагрузки замыкается по контуру, образуемому обмоткой 8 дросселя 10, диодом 6 и дополнительным диодом 7. К моменту последующего отпирания ключа 3 диоды 6 и 7 находятся в проводящем состоянии, и при отпирании ключа начинается процесс восстановления их блокирующих свойств. Уровень броска тока через ключ 3 определяется временем восстановления быстродействующего диода 7, частотные свойства которого заведомо лучше частотных параметров диода 6. Формирование отрицательной-полуволны выходного напряжения проходит так же, но с участием соответствующих элементов схемы - ключа 4, обмотки 9 дросселя 10 и диодов 5 и 7. Обмотки 8 и 9 дросселя 10 обеспечивают независимость работы дополнительного диода 7 при формировании полуволн выходного напряжения. Объединение обмоток 8 и 9 на одном магнитопроводе улучшает масса-габаритные показатели устройства и уменьшает число используемых конструктивных элементов. 1 н.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания, бесперебойных систем электроснабжения и регулируемых электроприводов.

Известна преобразовательная ячейка, состоящая из зашунтированных обратными диодами последовательно соединенных силовых ключей [1]. В режиме непрерывного тока нагрузки через ключи при их отпирании имеют место значительные броски тока, обусловленные процессами восстановления блокирующих способностей шунтирующих диодов, что приводит к снижению надежности работы устройства и повышению потерь в силовых ключах. Данные недостатки особенно заметны при использовании в качестве силовых ключей МДП-транзисторов, в конструкции которых объективно присутствуют паразитные интегральные диоды с большими временами восстановления.

Известна также специально разработанная для использования МДП-транзисторов преобразовательная ячейка, состоящая из зашунтированных обратными диодами последовательно соединенных силовых ключей, между которыми включен дополнительный быстровосстанавливающийся диод, параллельно которому установлены два последовательно соединенных дросселя, общая точка крторых связана с выходным выводом [2]. В этом устройстве эффективно парированы негативные явления, связанные с восстановлением антипараллельных ключам обратных диодов, но достигается это за счет конструктивного усложнения схемы и ухудшения ее масса-габаритных показалей. Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к описываемой полезной модели.

Техническим результатом, достигаемом при использовании полезной модели, является улучшение масса-габаритных показателей устройства при сохранении высокого КПД и надежности путем конструктивного упрощения и снижения числа используемых элементов.

Технический результат достигается за счет того, что преобразовательная ячейка содержит подключенную к входным выводам цепь, состоящую из двух последовательно соединенных зашунтированных обратными диодами силовых ключей, между которыми включен дополнительный быстровосстанавливающийся диод, катод которого подключен к силовому ключу, связанному с положительным входным выводом, а анод - к силовому ключу, связанному с отрицательным входным выводом, и двух обмоточный дроссель с соединенными встречно последовательно обмотками, общая точка которых подключена к выходному выводу, а свободные выводы - к электродам дополнительного диода.

На чертеже фиг.1 приведена схема полезной модели.

Устройство содержит подключенную к входным выводам 1 и 2 цепь, состоящую из последовательно соединенных силовых ключей 3 и 4, зашунтированных обратными диодами 5 и 6. Быстровосстанавливающийся дополнительный диод 7 включен между силовыми ключами 3 и 4, при этом его катод подключен к силовому ключу, связанному с положительным входным выводом 1, а анод - к силовому ключу, связанному с отрицательным входным выводом 2, кроме того, анод и катод дополнительного диода через включенные встречно относительно друг друга обмотки 8 и 9 дросселя 10 подключены также к выходному выводу 11.

Устройство работает следующим образом.

Пусть преобразовательная ячейка подключена входными выводами 1 и 2 к источнику питания и работает в составе однофазного инвертора в режиме непрерывного тока нагрузки. Выходное напряжение инвертора формируется методом высокочастотной широтно-импульсной модуляции.

При формировании положительной полуволны выходного напряжения силовой ключ 3 открыт, а силовой ключ 4 - закрыт. Ток от источника питания протекает в нагрузку по цепи силовой ключ 3 - обмотка 8 дросселя 10 - выходной вывод 11. При запирании силового ключа 3 ток нагрузки замыкается по контуру, образуемому обмоткой 8 дросселя 10, диодом 6 и дополнительным быстровосстанавливающимся диодом 7. К моменту последующего отпирания силового ключа 3 диоды 6 и 7 находятся в проводящем состоянии, и при отпирании ключа начинается процесс восстановления их блокирующих свойств. Длительность восстановления и, соответственно, уровень броска тока через ключ 3 будут определяться временем восстановления быстродействующего диода 7, частотные свойства которого заведомо лучше частотных параметров диода 6.

Формирование отрицательной полуволны выходного напряжения инвертора проходит так же, как и положительной, но с участием соответствующих элементов схемы - силового ключа 4, обмотки 9 дросселя 10 и диодов 5 и 7.

Обмотки 8 и 9 дросселя 10 обеспечивают независимость работы дополнительного диода 7 при формировании положительной или отрицательной полуволн выходного напряжения.

Аналогичные процессы протекают в схеме и при других стратегиях, широтно-импульсной модуляции.

Наличие быстровосстанавливающегося диода 7 минимизирует отрицательное воздействие переходных процессов в p-n-переходах обратных антипараллельных диодах 5 и 6, обуславливающих длительное время их восстановления, которое могло бы спровоцировать возникновение бросков тока через силовые ключи при их коммутации.

Объединение дроссельных обмоток 8 и 9 на одном магнитопроводе улучшает масса-габаритные показатели устройства и уменьшает число используемых конструктивных элементов. Двухобмоточный дроссель 10 может выполнять также функции выходного фильтра инвертора.

Использование данной схемы преобразовательной ячейки позволяет применять в качестве силовых ключей МДП-транзисторы, имеющие паразитные интегральные антипараллельные диоды с большим временем восстановления, не прибегая к дополнительным схемотехническим мерам по нейтрализации их влияния на работу силовых ключей.

Надежность, хорошие масса-габаритные показатели схемы и ее конструктивная простота позволяют рекомендовать ее для построения схем вторичных источников электропитания, инверторов управляемых электроприводов, систем бесперебойного электроснабжения.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. В.С.Моин "Стабилизированные транзисторные преобразователи" / М. Энергоатомиздат, 1986, стр.286, рис.8.13.

2. С.Ф.Коняхин, А.М.Нагорнов "Преобразовательная ячейка" - Патент на полезную модель 79728, Н02М 7/538, 2008.

Преобразовательная ячейка, содержащая подключенную к входным выводам цепь, состоящую из двух последовательно соединенных зашунтированных обратными диодами силовых ключей, между которыми включен дополнительный быстровосстанавливающийся диод, катод которого подключен к силовому ключу, связанному с положительным входным выводом, а анод - к силовому ключу, связанному с отрицательным входным выводом, и двухобмоточный дроссель с соединенными встречно последовательно обмотками, общая точка которых подключена к выходному выводу, а свободные выводы - к электродам дополнительного диода.