Преобразовательная схема

Преобразовательная схема

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области силовой электроники. Оно исходит из преобразовательной схемы в соответствии с родовым понятием независимого пункта формулы изобретения.

Преобразовательные схемы используются в настоящее время во множестве областей. На фиг.1 изображена родовая преобразовательная схема в соответствии с уровнем техники. Обычно она включает в себя емкостной энергоаккумулирующий контур 2, содержащий, по меньшей мере, один емкостной энергоаккумулятор. Кроме того, преобразовательная схема содержит преобразовательный блок 1, сторона постоянного напряжения которого соединена с емкостным энергоаккумулирующим контуром 2. Такой преобразовательный блок служит, например, для питания электрической нагрузки, которой требуется, например, переменное напряжение. Сам преобразовательный блок 1 имеет большое число управляемых силовых полупроводниковых выключателей, которые включены в известные специалисту схемы, например полу- или полномостовые схемы.

Кроме того, емкостной энергоаккумулирующий контур 2 включает в себя дополнительно, по меньшей мере, одну разгрузочную цепь 3 (так называемый снаббер), чтобы поддерживать на низком уровне мешающие пики высоких частот или напряжения на управляемых силовых полупроводниковых выключателях преобразовательного блока 1, которые могут возникать при коммутации этих выключателей. Вследствие этого такая разгрузочная цепь 3 вызывает ограничение скорости нарастания тока или напряжения на управляемых силовых полупроводниковых выключателях преобразовательного блока 1, таких как тиристоры, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGPT), запираемые тиристоры с интегрированным блоком управления (IGCT) и т.п. На фиг.1 разгрузочная цепь включает в себя обычно резистор, индуктивность, емкость и диод, причем упомянутые элементы включены тогда показанным на фиг.1 образом.

Если, например, вследствие ошибки в преобразовательном блоке 1 возникнет сверхток i_F, то, по меньшей мере, один емкостной энергоаккумулятор и емкость разгрузочной цепи 3 вместе с ее индуктивностью образуют колебательный контур, приводящий к колебанию сверхтока i_F с большой амплитудой, которое лишь медленно затухает. Такое колебание во время сверхтока i_F показано в качестве примера на фиг.2. Однако именно это колебание сверхтока i_F может повредить или даже разрушить управляемые силовые полупроводниковые выключатели преобразовательного блока 1 и потому в высокой степени нежелательны.

В ЕР 1619785 A2 описана родовая преобразовательная схема, содержащая разгрузочную цепь с резистором, индуктивностью, емкостью и диодом. Защиты от возникающего сверхтока не предусмотрено.

Задачей изобретения является создание преобразовательной схемы, которая при возникновении сверхтока в емкостном энергоаккумулирующем контуре позволила бы в самой значительной степени избежать колебаний сверхтока.

Эта задача решается признаками пункта 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах охарактеризованы предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Преобразовательная схема включает в себя преобразовательный блок с множеством управляемых силовых полупроводниковых выключателей, сторона постоянного напряжения которого соединена с емкостным энергоаккумулирующим контуром, содержащим, по меньшей мере, один емкостной энергоаккумулятор и, по меньшей мере, одну разгрузочную цепь для ограничения скорости нарастания тока или напряжения на управляемых силовых полупроводниковых выключателях преобразовательного блока. Согласно изобретению емкостной энергоаккумулирующий контур содержит, по меньшей мере, один пассивный неуправляемый демпфирующий блок с однонаправленным направлением течения тока, который содержит диод и демпфирующий резистор. Кроме того, разгрузочная цепь содержит резистор, индуктивность, емкость и диод, причем резистор и диод разгрузочной цепи включены последовательно, последовательная схема из резистора и диода включена параллельно индуктивности разгрузочной цепи, а емкость разгрузочной цепи соединена с точкой соединения ее резистора и диода. Следовательно, предусмотрены отдельный диод пассивного неуправляемого демпфирующего блока и к тому же отдельный диод разгрузочной цепи.

Если в емкостном энергоаккумулирующем контуре возникает сверхток, имеющий обычно нежелательные колебания, то они демпфируются пассивным неуправляемым демпфирующим блоком и, тем самым, успешно уменьшаются. Кроме того, пассивный неуправляемый демпфирующий блок просто построен за счет диода и демпфирующего резистора и является, тем самым, очень надежным и недорогим, а также может быть вследствие этого очень просто реализован и, например, интегрирован в существующие преобразовательные схемы.

Эти и другие задачи, преимущества и признаки изобретения становятся очевидными из нижеследующего подробного описания предпочтительных примеров его осуществления со ссылкой на чертежи.

На чертежах изображают:

- фиг.1: вариант преобразовательной схемы в соответствии с уровнем техники;

- фиг.2: временную характеристику сверхтока в емкостном энергоаккумулирующем контуре преобразовательной схемы из фиг.1;

- фиг.3: первый вариант предложенной преобразовательной схемы;

- фиг.4: второй вариант предложенной преобразовательной схемы;

- фиг.5: третий вариант предложенной преобразовательной схемы;

- фиг.6: четвертый вариант предложенной преобразовательной схемы;

- фиг.7: временную характеристику сверхтока в емкостном энергоаккумулирующем контуре преобразовательной схемы из фиг.3.

Обозначенные на чертежах ссылочные позиции и их значение приведены в перечне. В принципе, на чертежах одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты являются примером объекта изобретения и не обладают ограничительным действием.

На фиг.1 изображен вариант уже упомянутой выше распространенной преобразовательной схемы в соответствии с уровнем техники. На фиг.2 изображена временная характеристика сверхтока i_F в емкостном энергоаккумулирующем контуре 2 преобразовательной схемы из фиг.1. На фиг.3 изображен первый вариант предложенной преобразовательной схемы. Как правило, преобразовательная схема включает в себя преобразовательный блок 1, имеющий множество управляемых силовых полупроводниковых выключателей. Такой управляемый силовой полупроводниковый выключатель может быть выполнен, например, в виде запираемого тиристора (GTO), IGCT, силового МОП-транзистора или IGBT. Сторона постоянного напряжения преобразовательного блока 1 соединена с емкостным энергоаккумулирующим контуром 2, содержащим, как правило, емкостной энергоаккумулятор и, по меньшей мере, одну разгрузочную цепь для ограничения скорости нарастания тока или напряжения на управляемых силовых полупроводниковых выключателях преобразовательного блока 1. Согласно первому варианту на фиг.3 предусмотрены единственный емкостной энергоаккумулятор и единственная разгрузочная цепь 3. Согласно изобретению емкостной энергоаккумулирующий контур 2 содержит, как правило, по меньшей мере, один пассивный неуправляемый демпфирующий блок 4 с однонаправленным направлением течения тока, который содержит диод и демпфирующий резистор. Кроме того, разгрузочная цепь 3, в частности представленная на фиг.3, содержит резистор, индуктивность, емкость и диод, причем резистор и диод разгрузочной цепи 3 включены последовательно, последовательная схема из резистора и диода разгрузочной цепи 3 включена параллельно индуктивности разгрузочной цепи 3, а емкость разгрузочной цепи 3 соединена с точкой соединения ее резистора и диода. Следовательно, предусмотрены отдельный диод пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 и к тому же отдельный диод разгрузочной цепи 3.

При возникновении в емкостном энергоаккумулирующем контуре 2 сверхтока i_F его колебания, обычно возникающие в распространенных преобразовательных схемах, успешно демпфируются пассивным неуправляемым демпфирующим блоком 4 и, тем самым, уменьшаются. За счет диода пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 колеблющийся сверхток i_F, в частности, в проводящем направлении диода течет предпочтительно через демпфирующий резистор, который тогда нужным образом демпфирует колебания сверхтока i_F. На фиг.7 упомянутое демпфирование сверхтока i_F показано в виде временной характеристики сверхтока i_F преобразовательной схемы из фиг.3. Кроме того, пассивный неуправляемый демпфирующий блок 4 просто построен за счет диода и демпфирующего резистора и является, тем самым, очень надежным и недорогим, а также может быть вследствие этого очень просто реализован. К тому же он особенно подходит для интегрирования в существующие преобразовательные схемы.

Демпфирующий резистор может быть дискретным элементом или может быть образован также применением резистивного материала в подводящем проводе к резистору.

Преимущественно диод пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 включен последовательно с его демпфирующим резистором, как это в качестве примера показано в первом варианте на фиг.3.

В случае емкостного энергоаккумулирующего контура 2 с первым A и вторым B потенциалами напряжения, как показано на фиг.3, разгрузочная цепь 3 соединена с ними. В качестве первого потенциала A напряжения выбирается, например, положительный потенциал, а в качестве второго B - отрицательный потенциал. Тогда пассивный неуправляемый демпфирующий блок 4, как это представлено на фиг.3, соединен с первым и вторым потенциалами A, B емкостного энергоаккумулирующего контура 2. Соединение отдельных упомянутых элементов разгрузочной цепи 3 уже было описано выше. Включение разгрузочной схемы 3 цепи между первым и вторым потенциалами A, B напряжения происходит, например, как показано на фиг.3.

В отличие от первого варианта, представленного на фиг.3, во втором варианте преобразовательной схемы, представленном на фиг.4, демпфирующий резистор пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 является резистором разгрузочной цепи 3. За счет этой меры уже имеющийся резистор разгрузочной цепи 3 может предпочтительно использоваться в качестве демпфирующего резистора, благодаря чему может отпасть дополнительный дискретный демпфирующий резистор и, тем самым, могут быть уменьшены расходы на схемные элементы, монтажные затраты и потребность в площади. Разгрузочная цепь, представленная на фиг.4, также содержит резистор, индуктивность, емкость и диод. Соединение схемных упомянутых элементов разгрузочной цепи 3 между первым и вторым потенциалами A, B напряжения происходит, например, как показано на фиг.4. Также в варианте, представленном на фиг.4, диод пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 позволяет колеблющемуся сверхтоку i_F течь через демпфирующий резистор, который тогда нужным образом демпфирует колебания сверхтока i_F.

В случае емкостного энергоаккумулирующего контура 2 с первым A и вторым B потенциалами напряжения, как уже описано выше, и дополнительным нулевым потенциалом NP напряжения предусмотрены две разгрузочные цепи 3 и два пассивных неуправляемых демпфирующих блока 4. Преимущественно значение потенциала NP лежит точно между потенциалами A, B и в случае, например, одинаковых по значению потенциалов A, B составляет 0 B. На фиг.5 в качестве примера изображен третий вариант преобразовательной схемы, в которой емкостной энергоаккумулирующий контур 2 выполнен с первым A, вторым B и дополнительным NP потенциалами напряжения. На фиг.5 одна из разгрузочных цепей 3 соединена с первым A и нулевым NP потенциалами напряжения емкостного энергоаккумулирующего контура 2, а другая - с его вторым B и нулевым NP потенциалами. Кроме того, один из пассивных неуправляемых демпфирующих блоков 4 соединен с первым A и нулевым NP потенциалами напряжения емкостного энергоаккумулирующего контура 2, а другой - с его вторым В и нулевым NP потенциалами. Преимущественно диод соответствующего пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 включен последовательно с его демпфирующим резистором, как это показано на фиг.5. Также в варианте на фиг.5 диод соответствующего пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 позволяет колеблющемуся сверхтоку i_F течь через соответствующий демпфирующий резистор, который тогда нужным образом демпфирует колебания сверхтока i_F. Включение отдельных разгрузочных цепей 3 между потенциалами A, B и NP напряжения происходит, например, как показано на фиг.5.

В отличие от третьего варианта на фиг.5 в четвертом варианте преобразовательной схемы, представленном на фиг.6, демпфирующий резистор соответственно одного из пассивных неуправляемых демпфирующих блоков 4 является резистором соответственно одной из разгрузочных цепей 3. За счет этой меры уже имеющийся резистор соответствующей разгрузочной цепи 3 может предпочтительно использоваться в качестве демпфирующего резистора, благодаря чему может отпасть дополнительный дискретный демпфирующий резистор и, тем самым, могут быть уменьшены расходы на схемные элементы, монтажные затраты и потребность в площади. Также в варианте, представленном на фиг.6, диод соответствующего пассивного неуправляемого демпфирующего блока 4 позволяет колеблющемуся сверхтоку i_F течь через соответствующий демпфирующий резистор, который тогда нужным образом демпфирует колебания сверхтока i_F. Соответствующая разгрузочная цепь на фиг.6 также содержит резистор, индуктивность, емкость и диод, причем соединение отдельных упомянутых элементов соответствующей разгрузочной цепи 3 между потенциалами A, B и NP напряжения происходит, например, как показано на фиг.6.

Перечень ссылочных позиций

1 - преобразовательный блок

2 - емкостной энергоаккумулирующий контур

3 - разгрузочная цепь

4 - пассивный неуправляемый демпфирующий блок

A - первый потенциал напряжения

B - второй потенциал напряжения

NP - нулевой потенциал напряжения

1. Преобразовательная схема с преобразовательным блоком (1), который имеет множество управляемых силовых полупроводниковых выключателей и сторона постоянного напряжения которого соединена с емкостным энергоаккумулирующим контуром (2), причем емкостной энергоаккумулирующий контур (2) содержит, по меньшей мере, один емкостной энергоаккумулятор и, по меньшей мере, одну разгрузочную цепь (3) для ограничения скорости нарастания тока или напряжения на управляемых силовых полупроводниковых выключателях преобразовательного блока (1), отличающийся тем, что емкостной энергоаккумулирующий контур (2) содержит, по меньшей мере, один пассивный неуправляемый демпфирующий блок (4) с однонаправленным направлением течения тока, который содержит диод и демпфирующий резистор, при этом разгрузочная цепь (3) содержит резистор, индуктивность, емкость и диод, причем резистор и диод разгрузочной цепи (3) включены последовательно, последовательная схема из резистора и диода разгрузочной цепи (3) включена параллельно индуктивности разгрузочной цепи (3), а емкость разгрузочной цепи (3) соединена с точкой соединения ее резистора и диода.

2. Схема по п.1, отличающаяся тем, что диод пассивного неуправляемого демпфирующего блока (4) включен последовательно с его демпфирующим резистором.

3. Схема по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в случае емкостного энергоаккумулирующего контура (2) с первым (A) и вторым (B) потенциалами напряжения разгрузочная цепь (3) соединена с первым (A) и вторым (B) потенциалами емкостного энергоаккумулирующего контура (2), при этом пассивный неуправляемый демпфирующий блок (4) соединен с первым (A) и вторым (B) потенциалами напряжения емкостного энергоаккумулирующего контура (2).

4. Схема по п.1 или 2, отличающаяся тем, что демпфирующий резистор пассивного неуправляемого демпфирующего блока (4) является резистором разгрузочной цепи (3).

5. Схема по п.3, отличающаяся тем, что демпфирующий резистор пассивного неуправляемого демпфирующего блока (4) является резистором разгрузочной цепи (3).

6. Схема по п.1, отличающаяся тем, что в случае емкостного энергоаккумулирующего контура (2) с первым (A), вторым (B) и нулевым (NP) потенциалами напряжения предусмотрены две разгрузочные цепи (3) и два пассивных неуправляемых демпфирующих блока (4), одна из разгрузочных цепей (3) соединена с первым (A) и нулевым (NP) потенциалами напряжения емкостного энергоаккумулирующего контура (2), а другая - с его вторым (B) и нулевым (NP) потенциалами, при этом один из пассивных неуправляемых демпфирующих блоков (4) соединен с первым (A) и нулевым (NP) потенциалами напряжения емкостного энергоаккумулирующего контура (2), а другой - с его вторым (B) и нулевым (NP) потенциалами.

7. Схема по п.6, отличающаяся тем, что демпфирующий резистор соответственно одного из пассивных неуправляемых демпфирующих блоков (4) является резистором соответственно одной из разгрузочных цепей (3).