RU124455U1

RU124455U1 - RESONANT SWITCH

Info

Publication number: RU124455U1
Application number: RU2012131862/07U
Authority: RU
Inventors: Игорь Павлович Воронин; Павел Анатольевич Воронин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль")
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-01-20

Abstract

1. Резонансный коммутатор, содержащий первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, одним выводом соединенный последовательно с первым ключом, конденсатор и дроссель, соединенный параллельно второму ключу, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, отличающийся тем, что конденсатор присоединен параллельно второму ключу, второй вывод которого образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора.2. Резонансный коммутатор по п.1, отличающийся тем, что точка соединения первого и второго ключей образует дополнительный силовой вывод резонансного коммутатора.1. The resonant switch containing the first key with an anti-parallel diode, a second key connected in series with the first key, a capacitor and a choke connected in parallel with the second key, the output of the anode of the anti-parallel diode forms a negative power terminal of the resonant switch, characterized in that the capacitor is connected in parallel with the second switch, the second terminal of which forms a positive power terminal of the resonant switch. 2. The resonant switch according to claim 1, characterized in that the connection point of the first and second keys forms an additional power output of the resonant switch.

Description

Полезная модель относится к силовой электронике, в частности к преобразователям с пониженными динамическими потерями в силовых полупроводниковых ключах и может быть использована в схемах импульсных регуляторов постоянного напряжения, инверторов и активных выпрямителей.The utility model relates to power electronics, in particular to converters with reduced dynamic losses in power semiconductor switches and can be used in circuits of switching DC voltage regulators, inverters and active rectifiers.

Известна схема преобразователя, в которой с помощью элементов резонансного LC контура обеспечивается мягкое включение транзисторов при нулевом напряжении (см. патент США №4720668, опубл. 19.01.1988).There is a known converter circuit in which, using elements of a resonant LC circuit, the transistors are gently turned on at zero voltage (see US Patent No. 4,720,668, publ. 01/19/1988).

Недостатком данного решения является то, что интервал паузы в схеме является фиксированным. При этом регулирование выходного напряжения и мощности в схеме можно производить только частотным методом.The disadvantage of this solution is that the pause interval in the circuit is fixed. In this case, the regulation of the output voltage and power in the circuit can be done only by the frequency method.

Наиболее близким по технической сути является резонансный коммутатор (см. патент США №5262930, опубл. 16.11.1993), включающий в себя первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, одним выводом соединенный последовательно с первым ключом, конденсатор и дроссель, соединенный параллельно второму ключу, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора. В данном решении обеспечивается мягкая коммутация ключей при нулевом напряжении, причем отпирание второго ключа позволяет регулировать интервал паузы, за счет временного прерывания резонансного процесса путем шунтирования дросселя. При этом в схеме оказывается возможным широтно-импульсное регулирование выходного напряжения и мощности. Недостатком данной схемы является сложность определения момента отпирания второго ключа, поскольку начальный момент включения зависит от изменения тока нагрузки. Другим недостатком данного решения является относительная сложность его применения к схемам преобразователей с большим количеством основных ключевых элементов, например в трехфазных схемах, поскольку требует большого количества дополнительных ключевых элементов.The closest in technical essence is a resonant switch (see US patent No. 5262930, publ. 16.11.1993), which includes a first key with an anti-parallel diode, a second key, connected in series with the first key, a capacitor and a choke connected parallel to the second key, the output of the anode of the counter-parallel diode forms a negative power output of the resonant switch. This solution provides soft switching of the keys at zero voltage, and the unlocking of the second key allows you to adjust the pause interval by temporarily interrupting the resonance process by shunting the inductor. In this case, pulse-width regulation of the output voltage and power is possible in the circuit. The disadvantage of this scheme is the difficulty in determining the moment of unlocking the second key, since the initial moment of switching on depends on the change in the load current. Another disadvantage of this solution is the relative complexity of its application to converter circuits with a large number of main key elements, for example, in three-phase circuits, since it requires a large number of additional key elements.

Технический результат устройства по настоящей полезной модели заключается в следующем:The technical result of the device according to this utility model is as follows:

1. За счет подключения конденсатора резонансного контура параллельно второму ключу обеспечивается непрерывность резонансного процесса коммутации, начальный момент которого не зависит от тока нагрузки и определяется моментом запирания второго ключа.1. By connecting the capacitor of the resonant circuit parallel to the second key, the continuity of the resonant switching process is ensured, the initial moment of which does not depend on the load current and is determined by the moment the second key is locked.

2. Один вспомогательный силовой ключ с резонансным LC контуром может использоваться для мягкой коммутации сразу двух ключевых элементов преобразователя: основного ключа и противофазного ему.2. One auxiliary power switch with a resonant LC circuit can be used for soft switching of two key elements of the converter at once: the main switch and the antiphase one.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в резонансном коммутаторе, содержащем первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, одним выводом соединенный последовательно с первым ключом, конденсатор и дроссель, соединенный параллельно второму ключу, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, конденсатор присоединен параллельно второму ключу, второй вывод которого образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора.This technical result is achieved due to the fact that in a resonant switch containing a first key with an anti-parallel diode, a second key connected in series with the first key, a capacitor and a choke connected in parallel with the second key, the anode output of the anti-parallel diode forms a negative power the output of the resonant switch, the capacitor is connected in parallel with the second key, the second output of which forms a positive power output of the resonant switch.

При этом точка соединения первого и второго ключей может образовывать дополнительный силовой вывод резонансного коммутатора.In this case, the connection point of the first and second keys can form an additional power output of the resonant switch.

Полезная модель иллюстрируется приложенными чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.The utility model is illustrated by the attached drawings, in which the same elements are denoted by the same reference positions.

На Фиг.1 представлен резонансный коммутатор в соответствии с настоящей полезной моделью.Figure 1 presents the resonant switch in accordance with the present utility model.

На Фиг.2 представлен резонансный коммутатор по Фиг.1 с дополнительным силовым выводом.Figure 2 presents the resonant switch of figure 1 with an additional power output.

На Фиг.3 представлена схема ближайшего аналога.Figure 3 presents a diagram of the closest analogue.

На Фиг.4 представлен резонансный коммутатор по Фиг.1, подключенный к преобразователю постоянного напряжения (импульсному регулятору повышающего типа).Figure 4 presents the resonant switch of figure 1, connected to a DC voltage Converter (pulse regulator step-up type).

На Фиг.5 представлен резонансный коммутатор по Фиг.2, подключенный к преобразователю постоянного напряжения (импульсному регулятору повышающего типа).Figure 5 presents the resonant switch of Figure 2, connected to a DC voltage Converter (pulse regulator step-up type).

На Фиг.6 представлен резонансный коммутатор, подключенный к трехфазному инвертору напряжения на стороне переменного тока: для ключей катодной группы по Фиг.1, для ключей анодной группы по Фиг.2.Figure 6 presents the resonant switch connected to a three-phase voltage inverter on the alternating current side: for the keys of the cathode group of Figure 1, for the keys of the anode group of Figure 2.

На Фиг.7 представлен резонансный коммутатор, подключенный к трехфазному инвертору напряжения на стороне переменного тока: для ключей анодной группы по Фиг.1, для ключей катодной группы по Фиг.2.Figure 7 presents the resonant switch connected to a three-phase voltage inverter on the alternating current side: for the keys of the anode group of figure 1, for the keys of the cathode group of figure 2.

На Фиг.8 представлен резонансный коммутатор, подключенный к трехфазному активному выпрямителю напряжения на стороне постоянного тока.On Fig presents a resonant switch connected to a three-phase active voltage rectifier on the DC side.

На Фиг.9 представлены осциллограммы полного цикла коммутаций в резонансном коммутаторе по Фиг.1 в схеме преобразователя постоянного напряжения по Фиг.4.Figure 9 presents the waveforms of the full switching cycle in the resonant switch of figure 1 in the circuit of the DC / DC converter of figure 4.

На Фиг.10 представлены осциллограммы полного цикла коммутаций в резонансном коммутаторе по Фиг.2 в схеме преобразователя постоянного напряжения по Фиг.5.Figure 10 presents the oscillograms of the full cycle of switching in the resonant switch of figure 2 in the circuit of the DC / DC converter of figure 5.

Резонансный коммутатор (Фиг.1) содержит: первый ключ 1 со встречно-параллельным диодом, второй ключ 2 и элементы резонансного контура: конденсатор 3 и дроссель 4. На чертежах показаны также положительный силовой вывод 5 и отрицательный силовой вывод 6.The resonant switch (Fig. 1) contains: a first key 1 with an anti-parallel diode, a second key 2 and elements of the resonant circuit: a capacitor 3 and a choke 4. The drawings also show a positive power terminal 5 and a negative power terminal 6.

Отрицательный вывод первого ключа 1, соединенный с анодом его встречно-параллельного диода, образует отрицательный силовой вывод 6. Второй ключ 2 соединен последовательно с первым ключом 1. Параллельно второму ключу 2 присоединены дроссель 4 и конденсатор 3, при этом положительный вывод второго ключа 2 образует положительный силовой вывод 5. Как показано на Фиг.2, точка соединения первого ключа 1 и второго ключа 2 образует дополнительный силовой вывод 7 резонансного коммутатора.The negative terminal of the first switch 1 connected to the anode of its counter-parallel diode forms a negative power terminal 6. The second switch 2 is connected in series with the first switch 1. A choke 4 and a capacitor 3 are connected in parallel with the second switch 2, and the positive terminal of the second switch 2 forms positive power terminal 5. As shown in FIG. 2, the connection point of the first key 1 and the second key 2 forms an additional power terminal 7 of the resonant switch.

Рассмотрим работу резонансного коммутатора с переключением при нулевом напряжении в схеме преобразователя в соответствии с Фиг.4.Consider the operation of the resonant switch with switching at zero voltage in the Converter circuit in accordance with Figure 4.

В начальный момент времени первый (основной) ключ 1 выключен, а второй (вспомогательный) ключ 2 включен, и через него замыкается начальный ток дросселя 4 равный по величине отрицательному значению I₀. Значение I₀ будет определено далее. Соответственно состоянию обоих ключей 1 и 2 напряжение на конденсаторе 3 равно нулю, а ток I_Н нагрузки через противофазный диод D поступает в цепь нагрузки преобразователя, где выходной фильтр заряжен до постоянного напряжения U_ВЫХ. При включенном диоде D до напряжения U_ВЫХ в начальный момент времени будет заряжена выходная емкость первого ключа 1.At the initial moment of time, the first (main) key 1 is turned off, and the second (auxiliary) key 2 is turned on, and through it the initial current of the inductor 4 is closed, which is equal to the value of the negative value I ₀ . The value of I ₀ will be determined later. According to the state of both keys 1 and 2, the voltage across the capacitor 3 is zero, and the load current I _N through the antiphase diode D enters the load circuit of the converter, where the output filter is charged to a constant voltage U _OUT . When the diode D is turned on, the output capacitance of the first switch 1 will be charged to the voltage U _OUT at the initial instant of time.

Представим основные интервалы мягкой коммутации тока нагрузки от диода D на первый ключ 1 и обратно.Imagine the main intervals of soft switching of the load current from the diode D to the first switch 1 and vice versa.

В начале цикла коммутаций снятием сигнала управления запирают второй ключ 2.At the beginning of the switching cycle by removing the control signal lock the second key 2.

1. Интервал включения первого ключа 1 при нулевом напряжении.1. Interval for switching on the first switch 1 at zero voltage.

Поскольку начальное напряжение на конденсаторе 3 равно нулю, второй ключ 2 выключается при нулевом напряжении.Since the initial voltage on the capacitor 3 is zero, the second switch 2 is turned off at zero voltage.

При выключении второго ключа 2 в параллельном LC контуре начинается резонансный процесс:When you turn off the second key 2 in a parallel LC circuit, the resonant process begins:

где

- волновое сопротивление LC контура;

- круговая частота резонанса; U_C3 - напряжение на конденсаторе 3; I_L4 - ток дросселя 4; С₃ - емкость конденсатора 3; L₄ - индуктивность дросселя 4.Where

- wave impedance of the LC circuit;

- circular resonance frequency; U _C3 - voltage across the capacitor 3; I _L4 - throttle current 4; C ₃ - capacitor 3; L ₄ - inductance of the inductor 4.

В процессе резонанса напряжение на конденсаторе 3 вначале будет возрастать, соответственно, напряжение на первом ключе 1 будет снижаться:In the process of resonance, the voltage on the capacitor 3 will initially increase, respectively, the voltage on the first key 1 will decrease:

где U₁ - напряжение на первом ключе 1.where U ₁ is the voltage on the first key 1.

Если выполняется условие

, через интервал времени Δt1 напряжение на конденсаторе 3 достигает значения U_ВЫХ, а на первом ключе 1 реализуется нулевое напряжение:If the condition is met

, after a time interval Δt1, the voltage across the capacitor 3 reaches the value U _OUT , and on the first key 1, zero voltage is realized:

При этом отпирается встречно-параллельный диод первого ключа 1 и в нем появляется отрицательный ток ΔI ключа, равный величине тока дросселя 4 в момент времени Δt1:In this case, the on-parallel diode of the first key 1 is unlocked and a negative current ΔI of the key appears in it, equal to the value of the current of the inductor 4 at the time Δt1:

2. Интервал линейного нарастания тока в дросселе 4 и ключе 1.2. The interval of the linear increase in current in the inductor 4 and the key 1.

После отпирания встречно-параллельного диода первого ключа 1 дроссель 4 и конденсатор 3 через открытый диод D подключаются в параллель к источнику напряжения U_ВЫХ. При этом напряжение на конденсаторе 3 будет оставаться постоянным, а токи дросселя 4 и первого ключа 1 начнут линейно возрастать:After unlocking the on-parallel diode of the first key 1, the inductor 4 and the capacitor 3 are connected in parallel to the voltage source U _OUT via an open diode D. In this case, the voltage across the capacitor 3 will remain constant, and the currents of the inductor 4 and the first switch 1 will begin to increase linearly:

где I₁ - ток первого ключа 1.where I ₁ is the current of the first key 1.

Через интервал времени Δt2 ток дросселя 4 пересекает нулевой уровень и встречно-параллельный диод первого ключа 1 выключается:After a time interval Δt2, the current of the inductor 4 crosses the zero level and the anti-parallel diode of the first key 1 is turned off:

Очевидно, что для включения первого ключа 1 при нулевом напряжении необходимо в течение интервала времени Δt2 подать на первый ключ 1 сигнал управления. При этом в канале первого ключа 1 появится положительный ток.Obviously, to turn on the first switch 1 at zero voltage, it is necessary to apply a control signal to the first switch 1 during the time interval Δt2. In this case, a positive current will appear in the channel of the first key 1.

Через интервал времени Δt3 ток в первом ключе 1 увеличивается до величины тока нагрузки, и диод D запирается:After a time interval Δt3, the current in the first key 1 increases to the value of the load current, and the diode D is locked:

3. Интервал резонансного перезаряда конденсатора 3 и включение второго ключа 2 при нулевом напряжении.3. The interval of the resonant recharging of the capacitor 3 and the inclusion of the second switch 2 at zero voltage.

После запирания диода D через открытый первый ключ 1 параллельный LC контур оказывается нагруженным на источник тока нагрузки, при этом в схеме начинается новый резонансный процесс:After locking the diode D through the open first key 1, the parallel LC circuit is loaded on the load current source, while a new resonance process begins in the circuit:

Через четверть периода этого резонансного процесса напряжение на выводах конденсатора 3 меняет знак и через интервал времени Δt4 становится равным нулю:After a quarter of the period of this resonant process, the voltage at the terminals of the capacitor 3 changes sign and after a time interval Δt4 becomes equal to zero:

При этом второй ключ 2 можно включить при нулевом напряжении, если в течение полупериода резонансной частоты, когда на выводах конденсатора 3 присутствует напряжение отрицательной полярности, на второй ключ 2 подать импульс управления.In this case, the second switch 2 can be turned on at zero voltage, if during the half-cycle of the resonant frequency, when there is a negative polarity voltage at the terminals of the capacitor 3, a control pulse is applied to the second switch 2.

После включения второго ключа 2 ток в дросселе 3 остается равным величине:After turning on the second key 2, the current in the inductor 3 remains equal to:

4. Интервал проводимости тока нагрузки в первом (основном) ключе 1.4. The interval of conductivity of the load current in the first (main) key 1.

При включенных первом и втором ключах 1 и 2 в схеме обеспечивается требуемый интервал проводимости тока нагрузки.When the first and second switches 1 and 2 are turned on, the required interval of conduction of the load current is provided in the circuit.

5. Интервал выключение первого ключа 1 при нулевом напряжении.5. Interval shutdown of the first key 1 at zero voltage.

Перед выключением первого ключа 1 снятием сигнала управления выключают второй ключ 2. Поскольку начальное напряжение на конденсаторе 3 равно нулю, второй ключ 2 выключается при нулевом напряжении. При этом начинается еще один резонансный процесс в LC контуре, который можно рассматривать как продолжение прерванного резонансного процесса в соответствии с уравнением (8). Через четверть периода резонансной частоты напряжение на конденсаторе 3 увеличится до значения U_ВЫХ и откроется диод D. Тогда первый ключ 1 можно выключать при нулевом напряжении, что обеспечивается соответствующей разностью напряжений на конденсаторе Сф выходного фильтра и конденсаторе 2.Before turning off the first switch 1 by removing the control signal, turn off the second switch 2. Since the initial voltage on the capacitor 3 is zero, the second switch 2 is turned off at zero voltage. In this case, another resonant process begins in the LC circuit, which can be considered as a continuation of the interrupted resonant process in accordance with equation (8). After a quarter of the period of the resonant frequency, the voltage across the capacitor 3 will increase to the value U _OUT and the diode D. will open. Then the first switch 1 can be turned off at zero voltage, which is ensured by the corresponding voltage difference across the capacitor Cf of the output filter and capacitor 2.

Отметим, что ток дросселя 4 в момент увеличения напряжения на конденсаторе 3 до значения U_ВЫХ становится равным току I_Н нагрузки.Note that the current of the inductor 4 at the time of increasing the voltage across the capacitor 3 to the value U _OUT becomes equal to the load current I _N.

6. Интервал перезаряда конденсатора 3 и восстановление начальной энергии в дросселе 4.6. The interval for recharging the capacitor 3 and the restoration of the initial energy in the inductor 4.

После включения диода D в схеме изменяются условия резонансного процесса, поскольку от резонансного LC контура отсекается источник тока нагрузки и подключается источник напряжения U_ВЫХ:After the diode D is turned on, the conditions of the resonance process change in the circuit, since the load current source is cut off from the resonant LC circuit and the voltage source U _{OUT is} connected:

Через интервал времени Δt5 напряжение на конденсаторе 3 становится равным нулю и затем меняет полярность:After a time interval Δt5, the voltage across the capacitor 3 becomes equal to zero and then changes the polarity:

Еще через полпериода резонансной частоты напряжение на конденсаторе 3 опять становится равным нулю. Если в течение данного полупериода, когда напряжение на конденсаторе 3 имеет отрицательную полярность, на второй 2 ключ подать сигнал управления, то включение второго ключа 2 будет происходить при нулевом напряжении. При этом через интервал времени Δt6 от начала резонансного процесса в канале второго ключа 2 появится ток:After another half period of the resonant frequency, the voltage across the capacitor 3 again becomes equal to zero. If during this half-period, when the voltage on the capacitor 3 has a negative polarity, a control signal is supplied to the second 2 key, then the second key 2 will turn on at zero voltage. In this case, after a time interval Δt6 from the beginning of the resonance process, a current appears in the channel of the second key 2:

После включения второго ключа 2 при нулевом напряжении в дросселе 4 установится начальное значение отрицательного тока I₀, которое из системы уравнений (11) определяется как значение тока дросселя 4 в момент времени Δt6:After turning on the second switch 2 at zero voltage in the inductor 4, the initial value of the negative current I _{0 is established} , which is determined from the system of equations (11) as the value of the current of the inductor 4 at time Δt6:

При достижении током дросселя 4 значения тока I₀ полный цикл коммутаций завершается. Отметим, что в данном цикле была обеспечена мягкая коммутация первого (основного) ключа 1 при нулевом напряжении и мягкая коммутация второго (вспомогательного) ключа 2 при нулевом напряжении.When the current of the inductor 4 reaches the current value I _{0, the} complete switching cycle is completed. Note that in this cycle, soft switching of the first (main) key 1 at zero voltage and soft switching of the second (auxiliary) key 2 at zero voltage were provided.

Точка соединения первого ключа 1 и второго ключа 2 может соединяться с дополнительным силовым выводом 7 резонансного коммутатора (Фиг.5). С помощью дополнительного силового вывода 7 второй ключ 2 с параллельным LC контуром можно перенести в цепь противофазного диода D, при этом принцип работы резонансного коммутатора не изменяется. Это утверждение следует из того факта, что система уравнений, описывающих электрические процессы в схеме, остается неизменной. При этом напряжение на первом ключе 1 при перемещении второго ключа 2 с параллельным LC контуром в цепь диода D остается независимой переменной, которая по-прежнему определяется алгебраической суммой напряжений на конденсаторе 3, противофазном диоде D и источнике напряжения U_ВЫХ.The connection point of the first key 1 and the second key 2 can be connected to an additional power output 7 of the resonant switch (Figure 5). Using the additional power output 7, the second key 2 with a parallel LC circuit can be transferred to the antiphase diode circuit D, while the principle of operation of the resonant switch does not change. This statement follows from the fact that the system of equations describing the electrical processes in the circuit remains unchanged. In this case, the voltage on the first switch 1 when moving the second switch 2 with a parallel LC circuit into the circuit of the diode D remains an independent variable, which is still determined by the algebraic sum of the voltages on the capacitor 3, the antiphase diode D and the voltage source U _OUT .

Принцип работы резонансного коммутатора также не меняется при применении различных типов ключей: биполярных и полевых транзисторов, тиристоров, биполярных транзисторов с изолированным затвором - IGBT и др.The principle of operation of the resonant switch also does not change when applying different types of keys: bipolar and field-effect transistors, thyristors, bipolar transistors with an insulated gate - IGBT, etc.

Представленный резонансный коммутатор может быть применен в любом другом преобразователе путем замены управляемого силового ключа преобразователя на заявляемый резонансный коммутатор с подключением положительного и отрицательного силовых выводов резонансного коммутатора к тем точкам преобразователя, куда ранее подключались соответствующий положительный и отрицательный выводы управляемого силового ключа. При этом с помощью дополнительного силового вывода 7 второй ключ 2 с параллельным LC контуром может быть включен последовательно с противофазным ключевым элементом преобразователя.The presented resonant switch can be used in any other converter by replacing the controlled power switch of the converter with the inventive resonant switch with the positive and negative power terminals of the resonant switch connected to those points of the converter where the corresponding positive and negative terminals of the controlled power switch were previously connected. Moreover, using the additional power output 7, the second key 2 with a parallel LC circuit can be connected in series with the antiphase key element of the converter.

Далее рассмотрим другие варианты конкретного применения предложенного устройства.Next, we consider other options for a specific application of the proposed device.

На Фиг.6 представлены шесть резонансных коммутатора с переключением при нулевом напряжении, подключенных к трехфазному инвертору напряжения на стороне переменного тока. При положительном направлении фазного тока нагрузки для ключей катодной группы их коммутация проводится на основе решения по Фиг.1. При положительном направлении фазного тока нагрузки для ключей анодной группы их коммутация проводится по Фиг.2. Данное решение позволяет использовать одни и те же параллельный LC контур и вспомогательный ключ для коммутации верхнего и нижнего основного ключа в каждой фазе инвертора. При этом коммутация тока в каждом из ключей инвертора, для которого фазный ток нагрузки является положительным, имеет те же основные интервалы коммутации, что и в рассмотренном варианте для Фиг.4.Figure 6 presents six resonant switch with zero voltage switching connected to a three-phase voltage inverter on the AC side. With a positive direction of the phase load current for the keys of the cathode group, their switching is carried out on the basis of the solution of Figure 1. With a positive direction of the phase load current for the keys of the anode group, their switching is carried out according to Figure 2. This solution allows you to use the same parallel LC circuit and auxiliary key for switching the upper and lower main switch in each phase of the inverter. Moreover, the current switching in each of the inverter keys, for which the phase current of the load is positive, has the same basic switching intervals as in the considered embodiment for FIG. 4.

На Фиг.7 представлены шесть резонансных коммутатора с переключением при нулевом напряжении, подключенных к трехфазному инвертору напряжения на стороне переменного тока. При положительном направлении фазного тока нагрузки для ключей катодной группы их коммутация проводится на основе решения по Фиг.2. При положительном направлении фазного тока нагрузки для ключей анодной группы их коммутация проводится по Фиг.1. Данное решение позволяет использовать одни и те же параллельный LC контур и вспомогательный ключ для коммутации верхнего и нижнего основного ключа в каждой фазе инвертора. При этом коммутация тока в каждом из ключей инвертора, для которого фазный ток нагрузки является положительным, имеет те же основные интервалы коммутации, что и в рассмотренном варианте для Фиг.4.7 shows six resonant switches with zero voltage switching connected to a three-phase voltage inverter on the AC side. With a positive direction of the phase load current for the keys of the cathode group, their switching is carried out on the basis of the solution of Figure 2. With a positive direction of the phase load current for the keys of the anode group, their switching is carried out according to Figure 1. This solution allows you to use the same parallel LC circuit and auxiliary key for switching the upper and lower main switch in each phase of the inverter. Moreover, the current switching in each of the inverter keys, for which the phase current of the load is positive, has the same basic switching intervals as in the considered embodiment for FIG. 4.

На Фиг.8 представлен резонансный коммутатор с переключением при нулевом напряжении, подключенный к трехфазному активному выпрямителю напряжения на стороне постоянного тока. В данном решении в качестве первого ключа 1 можно рассматривать эквивалентный ключ, к которому сводится работа системы ключей трехфазного ключевого блока на каждом из интервалов длительностью 60 электрических градусов на периоде частоты источника переменного напряжения на входе выпрямителя. При этом в основных ключах инвертора обеспечивается коммутация при нулевом напряжении каждый раз, когда условия нулевого напряжения реализуются в эквивалентном транзисторе.On Fig presents a resonant switch with switching at zero voltage, connected to a three-phase active voltage rectifier on the DC side. In this solution, an equivalent key can be considered as the first key 1, which reduces the operation of the key system of a three-phase key unit at each of the intervals of 60 electrical degrees for the period of the frequency of the AC voltage source at the input of the rectifier. Moreover, in the main keys of the inverter, switching is provided at zero voltage each time when the zero voltage conditions are realized in an equivalent transistor.

Рассмотрим пример конкретного выполнения устройства по настоящей полезной модели.Consider an example of a specific implementation of the device according to this utility model.

Предложенное устройство было выполнено для преобразователя постоянного напряжения (импульсный регулятор повышающего типа), процессы коммутации в котором рассчитаны с помощью программы схемотехнического моделирования PSpice.The proposed device was designed for a DC voltage converter (step-up regulator), the switching processes in which are calculated using the program of circuit simulation PSpice.

Выходное напряжение на конденсаторе Сф фильтра: U_ВЫХ=50 В.The output voltage across the filter capacitor Cf: U _OUT = 50 V.

Среднее значение непрерывного тока нагрузки через дроссель Lф фильтра:The average value of the continuous load current through the inductor Lf filter:

J=30 A.J = 30 A.

Первый и второй ключи 1 и 2 - транзисторы МДП, класс напряжения 200 В, средний ток коллектора 20 А, сопротивление в открытом состоянии 0,25 Ом, выходная емкость 0,15 нФ.The first and second switches 1 and 2 are MOS transistors, voltage class 200 V, average collector current 20 A, open resistance 0.25 Ohm, output capacitance 0.15 nF.

Диод D импульсного типа, класс напряжения 200 В, средний ток 50 А, напряжение в открытом состоянии 1,2 В, время обратного восстановления 40 нс.Pulse type diode D, voltage class 200 V, average current 50 A, open voltage 1.2 V, reverse recovery time 40 ns.

Дроссель 4 - индуктивность 1,5 мкГн.Choke 4 - inductance 1.5 μH.

Конденсатор 3 - емкость 0,1 мкФ, максимальное напряжение 400 В.Capacitor 3 - capacitance 0.1 μF, maximum voltage 400 V.

На Фиг.9 представлены осциллограммы полного цикла коммутаций в резонансном коммутаторе в соответствии с Фиг.1 в схеме преобразователя постоянного напряжения по Фиг.4.Figure 9 presents the waveforms of the complete switching cycle in the resonant switch in accordance with Figure 1 in the circuit of the DC / DC converter of Figure 4.

Масштаб по вертикали:Vertical Scale:

Канал 1: напряжение на первом ключе 1; 100 В/дел.Channel 1: voltage on the first key 1; 100 V / div

Канал 2: ток первого ключа 1; 100 А/дел.Channel 2: current of the first key 1; 100 A / div

Канал 3: напряжение на втором ключе 2 и конденсаторе 3; 100 В/дел.Channel 3: voltage on the second key 2 and capacitor 3; 100 V / div

Канал 4: ток второго ключа 2; 100 А/дел.Channel 4: current of the second key 2; 100 A / div

Канал 5: ток дросселя 4; 100 А/дел.Channel 5: throttle current 4; 100 A / div

Масштаб по горизонтали:Horizontal Scale:

Время - 1,5 мкс/дел.Time - 1.5 μs / div.

Первый (основной) ключ 1 и второй (вспомогательный) ключ 2 переключаются при нулевом напряжении.The first (main) key 1 and the second (auxiliary) key 2 are switched at zero voltage.

На Фиг.10 представлены осциллограммы полного цикла коммутаций в резонансном коммутаторе в соответствии с Фиг.2 в схеме преобразователя постоянного напряжения по Фиг.5.Figure 10 shows the oscillograms of the full switching cycle in the resonant switch in accordance with Figure 2 in the circuit of the DC / DC converter of Figure 5.

Масштаб по вертикали:Vertical Scale:

Масштаб по горизонтали:Horizontal Scale:

Время - 1,5 мкс/дел.Time - 1.5 μs / div.

Claims

1. Резонансный коммутатор, содержащий первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, одним выводом соединенный последовательно с первым ключом, конденсатор и дроссель, соединенный параллельно второму ключу, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, отличающийся тем, что конденсатор присоединен параллельно второму ключу, второй вывод которого образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора.1. The resonant switch containing the first key with an anti-parallel diode, a second key connected in series with the first key, a capacitor and a choke connected in parallel with the second key, the output of the anode of the anti-parallel diode forms a negative power terminal of the resonant switch, characterized in that the capacitor is connected in parallel with the second switch, the second terminal of which forms a positive power terminal of the resonant switch.

2. Резонансный коммутатор по п.1, отличающийся тем, что точка соединения первого и второго ключей образует дополнительный силовой вывод резонансного коммутатора.

2. The resonant switch according to claim 1, characterized in that the connection point of the first and second keys forms an additional power output of the resonant switch.