RU103256U1

RU103256U1 - BRIDGE INVERTER

Info

Publication number: RU103256U1
Application number: RU2010148290/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Коняхин; Вячеслав Сергеевич Коняхин; Андрей Михайлович Нагорнов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь"
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-03-27

Abstract

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. A bridge inverter containing two double-winding reactors and two converter cells connected to the input terminals, each of which has a circuit of two power switches connected in series and shunted by reverse diodes, between which an additional fast-recovery diode is connected, the cathode of which is connected to the power switch connected to the positive input output, and the anode to the power switch associated with the negative input output, and the electrodes of the additional diode of the first conversion cell the ki through the first windings of the chokes are connected to the first output terminal, and the electrodes of the additional diode of the second converter cell through the second windings of the chokes are connected to the second output terminal.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания и электроприводов.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the construction of secondary power sources and electric drives.

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.Known bridge inverter formed by the conversion cells, consisting of shunted by reverse diodes in series connected power switches [1]. In the continuous current mode of the inverter load through the keys, when they are unlocked, significant inrush currents occur due to the recovery processes of the blocking capabilities of the bypass diodes, which leads to a decrease in the reliability of the device and an increase in losses in the power switches. These drawbacks are especially noticeable when using MOS transistors as power switches, in the design of which parasitic integrated diodes with long recovery times are objectively present.

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.Also known is a specially designed inverter for using MOS transistors, an inverter formed by converter cells consisting of serially connected power switches, shunted by reverse diodes, between which an additional fast-recovery diode is connected, in parallel there are two series-connected chokes, the common point of which is connected to the output terminal [2] . In this device, the negative effects associated with the restoration of anti-parallel keys to the reverse diodes are effectively countered, but this is achieved due to the structural complication of the circuit and the deterioration of its mass-dimensional indicators. This device in its technical essence is the closest to the described utility model.

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.The technical result achieved when using the utility model is to improve the mass-dimensional characteristics of the device while maintaining high efficiency and reliability by constructively simplifying and reducing the number of elements used.

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.The technical result is achieved due to the fact that the bridge inverter contains two double-winding reactors and two converter cells connected to the input terminals, each of which has a circuit of two power switches connected in series and shunted by reverse diodes, between which an additional fast-recovery diode is connected, the cathode of which is connected to the power switch connected to the positive input terminal, and the anode to the power switch connected to the negative input terminal, and the electrodes The additional diode of the first converter cell through the first windings of the chokes is connected to the first output terminal, and the electrodes of the additional diode of the second converter cell through the second windings of the chokes are connected to the second output terminal.

На чертеже фиг.1 приведена схема полезной модели.The drawing of figure 1 shows a diagram of a utility model.

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.The device contains a first conversion cell, consisting of series-connected power switches 1 and 2, shunted by reverse diodes 3 and 4, and an additional diode 5 and an identical second conversion cell having power switches 6 and 7, reverse diodes 8 and 9 and an additional diode 10 The electrodes of the additional diodes 5 and 10 through the windings 11 and 12 of the inductor 13 and the windings 14 and 15 of the inductor 16 are connected to the output terminals 17. The conversion cells are connected to the input terminals 18.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.Let the inverter using the pulse width modulation method, working in the continuous load current mode, generate a positive half-wave of the output voltage, which is determined by the diagonal formed by power switches 1 and 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.When the power switches 1 and 7 are open, the current from the power source connected to the input terminals 18 flows to the load connected to the output terminals 17, the circuit switches the power switch 1, the coil 11 of the inductor 13, the coil 15 of the inductor 16, the power switch 7. When locking for example, key 1, the load current is closed along the circuit formed by winding 11 of inductor 13, winding 15 of inductor 16, public key 7, diode 4 and additional diode 5. By the time the power switch 1 is subsequently unlocked, diodes 4 and 5 are in a conductive state, and when the key is unlocked, the process starts the formation of their blocking properties. The recovery time and, accordingly, the level of inrush current through switch 1 will be determined by the recovery time of a high-speed diode 5, the frequency properties of which are obviously better than the frequency parameters of diode 4. Similar processes, but with the participation of diodes 8 and 19, occur in the circuit with high-frequency switching of the power switch 7 and the conductive state of key 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.The formation of a negative half-wave, determined by the diagonal formed by power switches 4 and 6, proceeds in the same way as positive, but with the participation of the corresponding circuit elements - windings 12 and 14 of the chokes 13 and 16 and diodes 7 and 9 or 3 and 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.The windings 11 and 14 of the chokes 13 and 16 ensure the independence of the additional diode 5 when generating positive or negative half-waves of the output voltage, and the windings 12 and 14, respectively, of the additional diode 10.

Аналогичные процессы протекают в схеме и при других стратегиях широтно-импульсной модуляции.Similar processes occur in the circuit and with other strategies of pulse-width modulation.

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.The presence of fast-recovery diodes 5 and 10 minimizes the negative effect of transients in the pn junctions of reverse antiparallel diodes 3, 4, 8, and 9, which lead to a long recovery time, which could cause the appearance of inrush currents through power switches during their switching.

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.The combination of choke windings 11 and 12 and, respectively, 14 and 15 on one magnetic circuit improves the mass-dimensional characteristics of the device and reduces the number of structural elements used. Double-wound chokes 13 and 16 can also act as an inverter output filter.

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.Using this inverter circuit allows the use of MOS transistors as power switches, which have spurious integrated antiparallel diodes with a long recovery time, without resorting to additional circuitry measures to neutralize their effect on the operation of power switches.

Надежность, хорошие масса-габаритные показатели схемы и ее конструктивная простота позволяют рекомендовать ее для построения схем вторичных источников электропитания, управляемых электроприводов, систем бесперебойного электроснабжения.Reliability, good mass-dimensional characteristics of the circuit and its structural simplicity allow us to recommend it for the construction of secondary power supply circuits, controlled electric drives, uninterruptible power supply systems.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:Sources of information taken into account when compiling the description:

1. В.С.Моин "Стабилизированные транзисторные преобразователи" / М. Энергоатомиздат, 1986, стр.286, рис.8.13.1. V.S. Moin "Stabilized Transistor Converters" / M. Energoatomizdat, 1986, p. 286, Fig. 8.13.

2. С.Ф.Коняхин, А.М.Нагорнов "Преобразовательная ячейка" - Патент на полезную модель №79728, Н02М 7/538, 2008.2. S. F. Konyakhin, A. M. Nagornov “Transformation cell” - Utility Model Patent No. 79728, Н02М 7/538, 2008.

Claims

A bridge inverter containing two double-winding reactors and two converter cells connected to the input terminals, each of which has a circuit of two power switches connected in series and shunted by reverse diodes, between which an additional fast-recovery diode is connected, the cathode of which is connected to the power switch connected to the positive input output, and the anode to the power switch associated with the negative input output, and the electrodes of the additional diode of the first conversion cell ki through the first windings of the chokes are connected to the first output terminal, and the electrodes of the additional diode of the second converter cell through the second windings of the chokes are connected to the second output terminal.