Устройство для усиления и передачи импульсов управления ключами статических преобразователей

 

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ИМПУЛЬСОВ УПРАВЛЕНИЯ КЛЮЧАМИ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ , содержащее трансформатор с первичными обмотками с одинаковым числом витков, один первой первичной обмотки подключен к выводу одной полярности первого источника питания-(с напряжением Е(у ), а один конец второй и . конец первой первичной обмотки подключены к соответствующим одноименным вы)юдным электродам двух осню# # О .--JL X ных транзисторов, при этом другой выходаой электрод основного транзистора под ключей к выводу противоположной полярности. первого источника питания, отличающееся тем, что, с целью расишрения области применения путем переда А управляю.... щих импульсов с произвольно заданной скваж . ностью, в устройство введены , где N - число натуральното ряда чисел, дополнительных транзисторов и второй источник питания с N-1 промежуточными вьгоодами i-x уровней напряжения, прт этом один из крайних вьшодов второго источника питания подключен к другому концу второй первичной обмотки, другой выходной электрод второго основного транзистора и однонмеиные с ним выходные электроды N-1 дополнительных транзисторов (Л подсоединены к промежуточным вьгаодам i-x уровней напряжения источника питания и к другому крайнеАцг выводу этого же источника питания, другие выходные электроды N-1 дополнительных транзисторов объединены между собой и концом второй первичной обмотки и подсоедашены к одноименному выходному электроду второго основного транзистора. 35 4; i :о rvv Lfl f JL

СОЮЗ СОЭЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

Н 03 К 3/02

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . н Авторсному свидетельству (21) 2828846/18-21(22) 05.10.79 (46) 30.12,83. Бюл. У 48 (72) Г. С. Мьщык и А. В. Чесноков (71) Московский ордена Ленина энергетический институт (53) 621.374(088.8) ! (56) 1. Авторское свидетельство;СССР по заявке М 2391540/24 — 07, кл. Н 02 М 7/537, 18.07.76.

2. Коссов О. А. Усилители мощности на .транзисторах в режиме переключений. М.— Л., "Энергия", 1964. с. 128. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ

И ПЕРЕДАЧИ ИМПУЛЛЬСОВ УПРАВЛЕНИЯ .

КЛЮЧАМИ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее трансформатор с первичными обмотками с одинаковым числом витков, один конец первой первичной обмотки подключен к выводу одной полярности первого источР ника питания (c напряжением Е(т ), а один конец второй и другой конец первой первичной обмотки подключены к соответствующим одноименным выходным электродам двух основных транзисторов, при этом другой выходной электрод первого основного транзистора под» ключен к выводу противоположной полярности. первого источника питания, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области применения нутем передаФ управляю= ., щих импульсов с произвольно заданной скважностью, в устройство введены N —.1, где N— число натурального ряда чисел, дополнительных транзисторов и второй источник питания с

N 1 промежуточными выводами 1-х уровней напряжения, при этом один из крайних выводов второго источника питания подключен к другому концу второй первичной обмотки, другой выходной электрод второго основного транзистора и одноименнь е с ним выходные

Я электроды И вЂ” 1 дополнительных транзисторов подсоединены к промежуточным выводам

i-x уровней напряжения источника питания и к . другому крайнему выводу этого же источника % щпаиия, другие выходные электроды N — 1 дополнительных транзисторов объединены между собой и концом второй первичной обмотки и подсоединены к одноименному выходному электроду второго основного транзистора.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что i-e уровни. напряжения источника питания с N — 1 промежуточнъвюи выводами выбраны из соотношения

Е» = Ee e P», где i 1, 2, 3, ...Pl;

0(е- длительность импульсов управления; » — длительность паузы между импульсами управления, при этом число пауз разной длительности при периоде повторения Тв -C>N+ и „выбрано равным N.

»в»

3. Устройство по пп1, 2, о т л и ч а ющ е е с. я тем, что, с целью упрощения, первый источник питания выполнен общим для

1064430 основных и й- 1 дополнительных транзисторов и снабжен промежуточными выводами i-x уровней напряжения.

4. Устройство по пп. 1, 2, 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что трансформатор снабжен и — 1 дополнительными первичными обмотками, к одним концам которых подключены выходные электроды и — 1 дополнительных транзисторов, а к другим концам подсоединены промежуточные выводы i-x. уровней источника напряжения, выходной электрод второго осйовного транзистора подключен к первому концу первичной обмотки, причем другие выходные, электроды всех транзисторов соединены с крайним выводом источника питания. л.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и предназначено для использования его в системах управления (в качестве оконечных каскадов)

° статических преобразователей palms minos.

Известно устройство, содержащее оптроны и усилитель управляющих импульсов, (1).

Применение данных устройств не во всех слу чаях оказывается рациональным из-за ограниченных частотных возможностей и ограниченной ® электрической прочности оптронов, Применение же их в тех случаях, когда один и тот же управляющий сигнал для управления параллельно или последовательно соединенными транэисто рами должен тиражироватъся несколько раз, вообще нерационально нз-за необходимости иметт» черезмерно большое число гальванически развязанных источников.

I йнболее близким к предлагаемому является устройство для усиления и передачи импульсов 20 .! управления ключами статических преобразователей, содержащее трансформатор с первичными обмотками с одинаковым числом витков, один конец первичной обмотки подключен к выводу одной полярности первого источника питает 25 ния, а один конец второй и другой конец первой вторичной обмотки подключены к соответствующим одноименным выходным электродам двух основных транзисторов, при этом другой выходной электрод первого основного транзистора подключен к выводу противоположной полярности первого источника питания. На вторичных обмотках трансформатора формируется прямоугольное, симметричное (по полуI периодам) напряжение (типа меандр), которое подается на управляющие электроды силовых полупроводниковый ключей (транзисторов) статических преобразователей (2).

К недостаткам известного устройства следует отнести невозможность усиления и передачи несимметричных (по длительности) управляющих сигналов, вследствие чего устройство нель-, зя использовать в преобразователях с квазиоднополосной модуляцией с суммированием в об- щем узле. При исходной питающей сети постоянного тока такие преобразователи извест-ны также как преобразователи частоты с промежуточным ВЧ преобразованием. Для упраяления силовыми транзисторами этих преобразователей требуются гальванически развязанные сигналы со скважностью, например. 3, 6 и т. д.

Цель изобретения — расширение области применения устройства путем передачи управляющих импульсов с произвольно заданной скважностью.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для. усиления и передачи импульсов управления ключами статических преобразователей, содержащее трансформатор с первичными обмотками с одинаковым числом витков, один конец первой первичной обмотки подключен к выводу одной полярности первого источника питания (с напряжением Е, ), а один конец второй и другой конец первой вторичной обмотки подключен к соответствующим одноименным выходным электродам

3 . 10644 двух основных транзисторов, при этом другой выходной электрод первого основного транзистора подключен к выводу противоположной, полярности первого источника питания, введены Ц вЂ” 1, где Н вЂ” число натурального ряда чисел, дополнительных транзисторов уровней напряжения, при этом один из крайних выводов второго источника питания подключен к другому концу второй первичной обмотки, другой выходной электрод второго основного т0 транзистора и одноименные с ним выходные электроды g — 1 дополнительных транзисторов подсоединены к промежуточным выводам ю -х уровней напряжения источника питания н к другому крайнему выводу этого же источника питания, другие въиодные электроды Н -1 дополнительных транзисторов объединены меж- . ду собой и концом второй первичной обмотки. и подсоединены к одноименному въ1ходюму. электроду второго основного транзистора.

При этом t -e уровни напряжения нсточщька питания с Ц -1 промежуточными выводами выбраны иэ соотношения

Е4 Ео Фсо/84 где — 1, 2, 3, .;,М; . 25

Жо — длительность импульсов управления

P; — длительность паузы между имлуль сами управления,, при этом число пауз разной длительности при периоде повторения Тй =Ю„. И + g .. выбрано равным Я

Первый источник питания для уыовия е(а<(3; может быль въшолнен .общим для основных и Я вЂ” 1 дополнительных транзисто- 3$ ров и снабжен промежуточными выводами. ф -х уровней напряжения.

Трансформатор снабжен М вЂ” 1 дополнительными первичными обмотками. к одним концам которых подключены выходные 40 электроды 1ч -1 дополнительных транзисторов, а к другим концам подсоединены промежуточные выводы 1 -х уровней источника напряжения, выходной электрод второго основного транзистора подключен к первому концу пер-, 45 внчной обмотки, причем другие выходные электроды всех транзисторов соедннены с крайним выводом источника питания.

1

На фиг. 1 представлена принципиальная . 50 схема предлагаемого устройства с двум», гальванически не связанными источниками с напряжениями Еб и Еи ., на фиг. 2 — варианты. предлагаемого устройства с общим источником с промежуточными выводами j -х 55 уровней напряжения; а) с двумя, первичными обмотками, 6) с М вЂ” 1 дополнительными первичными обмотками трансформатора; на

30 4 фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства; на фиг. 4 — вариаиты сопряжения предлагаемого устройства с транзистором силовой части преобразователя; при малом уровне запирающего сигнала (а), и приповышенном его уровне (б); на фиг. 5— вариант выполнения источника с напряжением

K+, Е, Е на емкостном делителе (а) и с

gC-сглаживающим фильтром (б).

Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор 1 с первичными обмотками 2 и 3 и вторичной обмоткой 4, предназначенной для подключения к управляющему переходу синового ключа статического преобразователя. Устройство содержит также два основных транзистора 5 и 6 и 1l — 1 дополнительных транзисторов 7 и 8. Источник 9 питания с напряжением Ео подключен одним своим выводом

10 к концу первичной обмотки, а другим 11 к сйловому электроду основного транзистора

5. Второй силовой электрод транзистора 5 подключен к второму концу обмотки 2. Вторая первичная обмотка 3 подключена одним концом к кРайнемУ выводу 12 источника.13 питания Е1 с промежуточнымн выводами

i-x уровней напряжения, а другим к одному из силовых электродов второго основного транзистора 6. Эмиттеры второго основного транзистора 6 и дополнительных транзисто- .

pos 7 н 8 объединены в общую точку 14, csaэанную с крайним выводом 12 источника питания 13 через обмотку 3. Коллекторы тран- зисторов 6 — 8 связаны непосредственно,(как на фнг. 1) с промежуточными выводами 15 и 16

i -х уровней напряжения и крайним выводом

17 источника 13 питания.

Источники 9 н !3 питания могут бъпь выполнены общими для всех транзисторов 5 —,8 s виде одного источника 18 питания с промежуточными выводами (фиг. 2). При этом вывод

10 источника 9 питания объединяется с выводом 12 источника 13 питания в общую точку

19. На фиг. 2 а общая точка 14 эмиттеров второго основного транзистора 6 и Й вЂ” 1 до- . полнительных транзисторов (sa фиг, 2 пекаэан только один дополнительный транзистор 7) подключена к концу второй первичной обмотки 3, второй конец которой соединен с концом первой первичной обмотки 2 в общую точку, подключенную к въпюду 19 источника

18 питания. Коллекторы транзисторов 5-7 подключены непосредственно к выводам ll, 15 и

17 общего источника 18 питания.

Ф

Если трансформатор 1 устройства снабжен

И вЂ” 1 дополнительными первичными обмотками (на: фиг. 2 б показана только одна такая обмотка 20), то коллектор второго основного транзистора 6 связан с выводом 15 через вторую первичную обмотку 3, а коллектор дополнительного транзистора 7 с выводом 17— через дополнительную обмотку 20.В этом случае эмиттеры транзисторов 5 — 7 подключены непосредственно к общему выводу 19 источника

18 питания.

Устройство для усиления и трансформаторной передачи импульсов в системах управленим сопрягается с логическими узлами, выполненными в интегральном исполнении. При этом 1О одной иэ.основных становится задача гальванической развязки управляющих сигналов.

Эту задачу лучшим образом решают устройства, представленные на фиг. 1 и фиг. 2 б. Отметим, что устройство (фиг. 1) требует при этом на- 15 личия двух гальванически йе связанных источников питания, а устройство, (фиг. 2 б) — толь-. ко одного источника питания, но имеет несколько худшие массогабаритные показатели трансформатора. Если сигналы управления по- 20 лучены уже гальванически развязанными, то для усиления и тиражирования этих сигналов. может быль предложен вариант устройства, представленный на фиг. 2 а.

Принцип работы предлагаемого устройства основан- на. том, что процессы перемагничиваиия трансформатора 1 происходят под действием. различных Ьитающих напряжений, уроваа которых обратно пропорциональны задаваемой длительности управляющих импульсов.

На фиг. Зпредставлены временные диаграмм мы, поясняницие этот принцип. Допустим, требуется передать на управляющий вход силового ключа преобразователя отпирающие

35 импульсы (положительной полярности 11 г на фиг. 3 а) например, одинаковой длительности, но распределенные на периоде следования Тп:: неравномерно. Это означает, что длительности закрытого состояния силового ключа на пе40 риоде Тн — P u Pg различны. Они определя. ются сигналами Ц и U, подаваемыми на входы транзисторов 6 и 7 устройства. Длительность отпирающих импульсов определяется последовательностью U g, подаваемой на вход транзистора 5. Так как длительности gf 0 и импульсов этих последовательностей

4 Р2 ,различны, то соответствуницим образом должны

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить область применения усилителей мощности с трансформаторным вы45 ходом за счет, возможности трансформации не только симметричных, но и несимметричных импульсов.

1064430 6 быль выбраны и уровни Ео, Е, Еу ис точников 9 и 13 питания.ГЗначения этих уровней определяются по формулам. Выполненное таким образом устройство прн работе обеспечивает на выходе сложную последовательность энакопе ременных импульсов

U4 (ô 3)

Сигнал 0 g имеет одинаковую амплитуду отпирающих импульсов и разные амплитуды запирающих. Нормирование амплитуд запирающих импульсов, т. е. приведение их к примерно одинаковым уровням . по отношению к управляющему переходу силового транзистора преобразователя можно осуществить при необ. ходимости, используя формирование цепочки .

21 (фиг. 4). Оптимальные параметры управляющего сигнала силовым транзистором обеспе-чиваются соответствующим выбором величины сопротивления ограничительного резистора 22 цепочек и величины напряжения 11 .

Число дополнительных транзисторов в устройстве определяется числом пауз М равной длительности Р;, на периоде Тп, Длительность отпирающих импульсов OL< на

25 периоде Т„также может быть разной; В этом случае источник питания 9 с напряжением Ео должен, быль также выполнен с промежуточны, ми выводами, а устройство снабжено еще рядом дополнительных транзисторов.

Варианты выполнения источника питания с разноуровневыми напряжениями представлены на фиг. 5. В простейшем случае, когда уро4 вень напряжения питающей сети приемлем, можно использовать емкостной делитель (фиг, 5 г). В том случае, когда это неприем лемо, можно использовать вариант, показанный

i aà фиг.; 5 б, Этот источник включает в себя высокочаетотньци преобразователь 23 с трансформаторным выходом, блок 24 выпрямле. ния и фильтр 25.

1оьмзо

1064430

Составитель С. Маценко

Техред А. Бабинец.

Редактор Н. Ковалева

Корректор А. Зимокосов

Заказ 10357/57 Тираж 936

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал IHI "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4