Устройство ограничения тока силовых транзисторов в инверторе напряжения

Полезная модель относится к области преобразовательной техники, в частности к инверторам напряжения, и предназначена для использования в источниках синусоидального напряжения, активных выпрямителях и однофазных и многофазных инверторах напряжения и тока мостового и полумостового исполнения. Технический результат – повышение надежности инвертора напряжения за счет ограничения тока силовых транзисторов при перегрузке или сквозном коротком замыкании.
В известном устройстве «полумостовой преобразователь напряжения» [Патент РФ №2015613, Н02М7/537, Н02Н7/12, Ловяго В.Н., 30.06.1994] для ограничения сквозного тока через силовые транзисторы установлен транзистор ограничения тока, шунтирующий один из силовых ключей, который при наличии сигнала о перегрузке с датчика тока открывается и уменьшает ток ключей. Недостатком устройства является необходимость установки дополнительного шунтирующего транзистора на полный ток нагрузки, что увеличивает динамические нагрузки и массогабаритные показатели.
В известном устройстве «транзисторный преобразователь постоянного напряжения в переменное высокой частоты с электронным устройством защиты» [патент РФ 2249295, Н02М7/5395, Кощеев Л.Г., 27.03.2005] ограничение тока через транзисторы производится за счет снятия управляющих импульсов с затворов силовых транзисторов при поступлении соответствующего сигнала с датчика аварийного тока.
Недостатком такого подхода является то, что из-за уменьшения времени проводящего состояния силовых транзисторов происходит искажение величины и формы выходного напряжения и тока – устройство не обеспечивает поддержание заданных выходных характеристик.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь напряжения с защитой от перегрузки [патент РФ 77730 , Н02М 3/337, Мишин В.Н., Бубнов О.В., Пчельников В.А., Юдинцев А.Г., 27.10.2008] (фиг.1), содержащий высокочастотный преобразователь (инвертор) 1, первый вход которого соединен с первым выводом источника питания через последовательно соединенные датчик тока 2 и дроссель токоограничения 3, а второй его вход соединен непосредственно со вторым выводом источника питания.
К недостаткам данной схемы можно отнести то, что подобная установка дросселя не защищает ключи от возможного сквозного тока по цепи ёмкостного делителя и силовых транзисторов, кроме того на дросселе выделяются повышенные потери при накоплении энергии из-за протекания полного тока.
Указанные недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача – повышение надежности инвертора напряжения, снижение потерь и массогабаритных показателей токоограничивающих элементов.
Технический результат – повышение надежности инвертора напряжения за счет введения защиты силовых транзисторов в стойке одной фазы инвертора напряжения при токовой перегрузке или коротком замыкании.
Технический результат достигается тем, что в устройстве ограничения тока силовых транзисторов в инверторе напряжения, содержащем высокочастотный преобразователь (инвертор), первый вход подключен к первому выводу источника питания, второй его вход подключен ко второму выводу источника питания, выходы высокочастотного преобразователя соединены с нагрузкой, а в последовательную цепь каждого транзистора введены токоограничивающие резисторы, зашунтированные дросселями насыщения.
Достижение технического результата:
фиг.1 - Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки
фиг.2 - Принципиальная схема инвертора напряжения с устройством ограничения тока силовых транзисторов
фиг.3 - Диаграмма работы устройства
Устройство ограничения тока силовых транзисторов в инверторе напряжения (фиг. 2), содержащее высокочастотный преобразователь (инвертор) 1, первый вход подключен к первому выводу источника питания, второй его вход подключен ко второму выводу источника питания, выходы высокочастотного преобразователя соединены с нагрузкой 2, отличающееся тем, что в последовательную цепь каждого транзистора введены токоограничивающие резисторы 3, 4, 5, 6, зашунтированные дросселями насыщения 7, 8, 9, 10.
Принцип работы устройства поясняется на временной диаграмме (фиг.3). На диаграмме можно выделить следующие моменты времени:
t1 – момент открывания верхнего транзистора первой стойки инвертора 1, начало протекания тока через транзистор,
t2 – момент достижения величины тока насыщения дросселя,
t3 – момент начала запирания верхнего транзистора первой стойки инвертора 1,
t4 – момент выхода дросселя из состояния насыщения,
t5 – момент окончания запирания верхнего транзистора первой стойки инвертора 1.
При открывании верхнего силового транзистора ток ограничивается резистором 3 (интервал t1-t2), в момент достижения величины тока насыщения дросселя дроссель 7 насыщается (сопротивление насыщенного дросселя 7 много меньше сопротивления резистора 3) и шунтирует резистор 3 (интервал t2-t3). При закрывании верхнего транзистора ток силового ключа спадает до величины тока насыщения дросселя 4 (интервал t3-t4). Дроссель 7 выходит из состояния насыщения, индуктивное сопротивление дросселя увеличивается, при этом ток перераспределяется обратно пропорционально сопротивлениям элементов токоограничивающей цепи, начинает протекать по цепи резистора 3 (интервал t4-t5).
Таким образом, резистор 3 ограничивает ток транзистора верхнего транзистора на интервале коммутации, и в случае протекания сквозного тока ключевые элементы защищены от токовой перегрузки.
Сопротивление резистивной цепи рассчитано на средний ток транзистора, исходя из максимального напряжения на емкостном накопителе.