Мостовой инвертор

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании вторичных источников электропитания, систем бесперебойного электроснабжения, регулируемых электроприводов. Устройство содержит первую преобразовательную ячейку, состоящую из последовательно соединенных силовых ключей 1 и 2, зашунтированных обратными диодами 3 и 4, и дополнительного диода 5 и идентичную ей вторую преобразовательную ячейку, имеющую силовые ключи 6 и 7, обратные диоды 8 и 9 и дополнительный диод 10. Электроды дополнительных диодов 5 и 10 через обмотки 11 и 12 дросселя 13 и обмотки 14 и 15 дросселя 16 подключены к выходным выводам 17. Преобразовательные ячейки подключены к входным выводам 18. При открытых силовых ключах 1 и 7 ток от источника питания, подключенного к входным выводам 18, протекает в нагрузку, подключенную к выходным выводам 17, по цепи силовой ключ 1, обмотка 11 дросселя 13, обмотка 15 дросселя 16, силовой ключ 7. При запирании, например, ключа 1 ток нагрузки замыкается по контуру, образуемому обмоткой 11 дросселя 13, обмоткой 15 дросселя 16, открытым ключом 7, диодом 4 и дополнительным диодом 5. В режиме непрерывного тока нагрузки к моменту последующего отпирания силового ключа 1 диоды 4 и 5 находятся в проводящем состоянии, и при отпирании ключа начинается процесс восстановления их блокирующих свойств. Длительность восстановления и, соответственно, уровень броска тока через ключ 1 будут определятся временем восстановления быстродействующего диода 5, частотные свойства которого заведомо лучше частотных параметров диода 4. Аналогичные процессы, но с участием диодов 8 и 19, протекают в схеме при высокочастотной коммутации силового ключа 7 и проводящем состоянии ключа 1. Объединение дроссельных обмоток 11 и 12 и, соответственно, 14 и 15 на одном магнитопроводе улучшает масса-габаритные показатели устройства и снижает число используемых конструктивных элементов. Двухобмоточные дроссели 13 и 16 могут выполнять также функции выходного фильтра инвертора. 1 н.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания и электроприводов.

Известен мостовой инвертор, образованный преобразовательными ячейками, состоящими из зашунтированных обратными диодами последовательно соединенных силовых ключей [1]. В режиме непрерывного тока нагрузки инвертора 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.

Известен также специально разработанный для использования МДП-транзисторов инвертор, образованный преобразовательными ячейками, состоящими из зашунтированных обратными диодами последовательно соединенных силовых ключей, между которыми включен дополнительный быстровосстанавливающийся диод, параллельно которому установлены два последовательно соединенных дросселя, общая точка которых 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 показателей. 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 мостовой инвертор содержит два двухобмоточных дросселя и две, подключенные к входным выводам преобразовательные ячейки, каждая из которых имеет цепь из двух последовательно соединенных и 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, причем электроды дополнительного диода первой преобразовательной ячейки через первые обмотки дросселей, связаны с первым выходным выводом, а электроды дополнительного диода второй преобразовательной ячейки через вторые обмотки дросселей связаны с вторым выходным выводом.

На чертеже фиг.1 приведена схема полезной модели.

Устройство содержит первую преобразовательную ячейку, состоящую из последовательно соединенных силовых ключей 1 и 2, зашунтированных обратными диодами 3 и 4, и дополнительного диода 5 и идентичную ей вторую преобразовательную ячейку, имеющую силовые ключи 6 и 7, обратные диоды 8 и 9 и дополнительный диод 10. Электроды дополнительных диодов 5 и 10 через обмотки 11 и 12 дросселя 13 и обмотки 14 и 15 дросселя 16 подключены к выходным выводам 17. Преобразовательные ячейки подключены к входным выводам 18.

Устройство работает следующим образом.

Пусть инвертор методом широтно-импульсной модуляции, работая в режиме непрерывного тока нагрузки, формирует положительную полуволну выходного напряжения, определяющуюся диагональю, образуемой силовыми ключами 1 и 7.

При открытых силовых ключах 1 и 7 ток от источника питания, подключенного к входным выводам 18, протекает в нагрузку, подключенную к выходным выводам 17, по цепи силовой ключ 1, обмотка 11 дросселя 13, обмотка 15 дросселя 16, силовой ключ 7. При запирании, например, ключа 1 ток нагрузки замыкается по контуру, образуемому обмоткой 11 дросселя 13, обмоткой 15 дросселя 16, открытым ключом 7, диодом 4 и дополнительным диодом 5. К моменту последующего отпирания силового ключа 1 диоды 4 и 5 находятся в проводящем состоянии, и при отпирании ключа начинается процесс восстановления их блокирующих свойств. Длительность восстановления и, соответственно, уровень броска тока через ключ 1 будут определятся временем восстановления быстродействующего диода 5, частотные свойства которого заведомо лучше частотных параметров диода 4. Аналогичные процессы, но с участием диодов 8 и 19, протекают в схеме при высокочастотной коммутации силового ключа 7 и проводящем состоянии ключа 1.

Формирование отрицательной полуволны, определяемой работой диагонали, образуемой силовыми ключами 4 и 6, проходит так же, как и положительной, но с участием соответствующих элементов схемы - обмоток 12 и 14 дросселей 13 и 16 и диодов 7 и 9 или 3 и 5.

Обмотки 11 и 14 дросселей 13 и 16 обеспечивают независимость работы дополнительного диода 5 при формировании положительной или отрицательной полуволн выходного напряжения, а обмотки 12 и 14 - соответственно дополнительного диода 10.

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

Наличие быстровосстанавливающихся диодов 5 и 10 минимизирует отрицательное воздействие переходных процессов в p-n-переходах обратных антипараллельных диодах 3, 4, 8 и 9, обуславливающих длительное время их восстановления, которое могло бы спровоцировать возникновение бросков тока через силовые ключи при их коммутации.

Объединение дроссельных обмоток 11 и 12 и, соответственно, 14 и 15 на одном магнитопроводе улучшает масса-габаритные показатели устройства и снижает число используемых конструктивных элементов. Двухобмоточные дроссели 13 и 16 могут выполнять также функции выходного фильтра инвертора.

Использование данной схемы инвертора 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, 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.

Мостовой инвертор, содержащий два двухобмоточных дросселя и две подключенные к входным выводам преобразовательные ячейки, каждая из которых имеет цепь из двух последовательно соединенных и 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, причем электроды дополнительного диода первой преобразовательной ячейки через первые обмотки дросселей связаны с первым выходным выводом, а электроды дополнительного диода второй преобразовательной ячейки через вторые обмотки дросселей связаны со вторым выходным выводом.