7. Принцип построения и работы многоячейкового преобразователя напряжения

Преобразователь разделяется на отдельные ячейки, алгебраически суммируемые по входу или по выходу, для решения следующих задач: -многозонного регулирования выходного напряжения и потребляемого тока; -снижения пульсаций выходного напряжения и потребляемого тока; -деления входного напряжения, тока и мощности для обеспечения равномерной нагрузки силовых транзисторов по току или напряжению; -обеспечения высокого КПД при изменении нагрузки или входного напряжения путём переключения ячеек с параллельного соединения на последовательное и обратно или отключения части ячеек; - резервирование по методу поблочной функциональной избыточности; -построения унифицированного ряда преобразователей по модульному принципу.

Многоячейковые преобразователи содержат набор однотипных взаимозаменяемых преобразовательных ячеек (модулей), соединённых как по входу, так и по выходу последовательно или параллельно. Такое построение обеспечивает получение следующих нескольких положительных свойств одновременно: высокую надёжность, увеличение входной мощности или входного напряжения, возможность микроминитюаризации, унификацию модулей.

А При параллельном соединении как по входу, так и по выходу в качестве ячеек могут использоваться однотактные и двухтактные ПН. Деление входных и выходных токов.

Б При соединении ячеек параллельно по входу и послед-но по выходу должны использоваться ячейки с трансформторной развязкой входа и выхода, а выходная цепь ячейки при выключенных транзисторах должна иметь малое сопротивление выходному току преобразователя. Такой ячейкой может быть двухтактный ПН с двухполупериодным выпрямителем на выходе. Деление входных токов.

В При соединении ячеек по входу послед-но, а по выходу паралл-но, ячейки те же, как и выше, также должны обладать малым сопротивлением по входной цепи. Для этой цели параллельно входу ячейки включают «коротящий» транзистор, либо должно обеспечиваться одновременное открытие всех транзисторов ячейки. Деление входных напряжений.

Г При открытых коммутационных транзисторах ячейки соединены по входу параллельно, а при закрытых – открываются диоды и все ячейки по входу соединяются последовательно. Выход – параллельно. Ячейки должны иметь трансформаторную развязку.

8. Последовательное соединение силовых тиристоров. Способы выравнивания напряжения.

Во многих случаях в системах приходится использовать групповое соединение силовых полупроводниковых приборов. Также последовательное или параллельное соединение силовых полупроводниковых приборов используются для повышения надежности систем, в которых выход из строя отдельного силового прибора не должен вызвать нарушения работы всей системы.

Различие вольт-амперных характеристик приборов, соединенных в группу последовательно, приводит к тому, что отдельные приборы будут перегружаться по напряжению при последовательном соединении.

Последовательное соединение силовых приборов.

 

Рис. 1. Неравномерность распределения напряжений, приложенных к силовым полупроводниковым приборам при последовательном соединении.

 

При приложении обратного напряжения uR через оба силовых прибора (рис. 1) протекает один и тот же ток, но, вследствие различных вольт-амперных характеристик, к этим приборам будут приложены различные обратные напряжения (uR1 > uR2). Это надо в обязательном порядке учитывать, т.к. uR1 может оказаться больше максимально допустимого значения. В динамических режимах к тиристорам с меньшим временем восстановления запирающей способности будет прикладываться напряжение всей цепи, вследствие чего может произойти его самопроизвольное включение или пробой структуры.

Поэтому последовательное соединение силовых полупроводниковых приборов требует, как правило, применения специальных устройств, обеспечивающих равномерное деление напряжения между отдельными приборами.

Для выравнивания напряжения на последовательно включенных управляемых приборах в переходных режимах параллельно этим приборам включаются конденсаторы, емкость, мкФ, которых ориентировочно определяется по формуле:

где n – число последовательно включенных приборов; ∆Qrr – наибольшая возможная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов, Кл; U – наибольшее допустимое напряжение на приборе, В; Еk – наибольшее напряжение, прикладываемое к цепи последовательно включенных приборов, В.

Параллельно включенные конденсаторы, эффективно выравнивая напряжения на приборах в переходных режимах, вместе с тем увеличивают ток в открытом состоянии на интервале отпирания. Эти токи можно ограничить демпфирующими резисторами Rд, включенными последовательно с конденсаторами. Сопротивление этих резисторов должно быть как можно меньшим. Здесь не приводится методика расчета сопротивления демпфирующего резисторы. Обычно оно имеет порядок нескольких десятков Ом.

Для ограничения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, которая может вызвать самопроизвольное включение тиристора, параллельно демпфирующим резисторам включаются диоды Дд, которые должны иметь возможно меньшее время восстановления запирающих свойств в обратном направлении (рис. 2).

 

Рис. 2. Схема включения RC – цепочек для ограничения перенапряжений.

 

В ыравнивание напряжения может быть осуществлено также с помощью лавинных диодов или стабилитронов, включенных параллельно тиристорам (рис. 3, а). Наибольшее напряжение лавинообразования этих диодов должно быть равно или немного меньше напряжения переключения тиристоров. Кроме того, эти приборы должны иметь как можно меньший разброс по напряжению пробоя.

 

Рис. 3. Схемы для ограничения перенапряжений.

 

Если нужно выравнивать и прямое и обратное напряжение, то применяется схема, приведенная на рис. 3, б. В случае не очень жестких требований к разбросу обратных напряжений один лавинный диод можно заменить обычным (рис. 3, в).