Устройство для управления силовым транзисторным ключом

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответственно .к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для tIoдкпючeния нагрузки, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемейта, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь и повьпиения надежности, оно снабжено форсируницим узлом и двумя дополнительными резисторами, включенными последовательно между вторым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента , второй силовой электрод которого через первый диод, зашунтированный конденсатором, подключен к точке соединения дополнительных резисторов и к управляющему входу форсирукнцего узла, первьйсиловой выi . вод которого подключен к второму выводу источника смещения, авторой силовой вывод - к точке присоединения резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к аноду второго диода. 2.. Устройство по 1. отличающееся тем, что форсирующий узел выполнен на транзисторе, эмиттер и коллекторный резистор кото рого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная RC-цепочка, включенная в цепь базы СП ОЭ транзистора, - управляющий вход форсируницего узла, причем база-э.миттерный переход транзистора защунтирован обратным диодом, а резистор RC -цепочки - разрядным диодом.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(.1 ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(511 Н 02 М 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3632867/24-07 (22) 15.08.83 (46) 30. 11.84. Бюл. Ф 44 . (72) В.Н. Мишин и В.А. Пчельников (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 544075, кл. Н 02 М 1/08, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР.

У 752657, кл. Н 02 М 1/08, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

У 824383, кл. Н 02 М 1/08, 1978. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЬМ КЛЮЧОМ, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соот- . ветственно .к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод исТочника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для Подключения нагрузки, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемента, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшения потерь и повышения надежности, оно снабжено форсирующим узлом и двумя дополнительными резисторами, включеннымн последовательйо между BTQ рым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента, второй силовой электрод которого через первый диод, зашунтированный конденсатором, подключен к точке соединения дополнительных резисторов и к управляющему входу форсирующего узла, первый силовой вывод которого подключен к второму выводу источника смещения, а"второй силовой вывод — к точке присоедине-. ния резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к аноду второго диода.

2. Устройство по 1. о т л -и— ч а ю щ е е с я тем, что форсирующий узел выполнен на транзисторе, эмиттер и коллекторный резистор кото рого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная

R(: -цепочка, включенная в цепь базы транзистора, — управляющий вход форсирующего узла, причем база-эмиттерный переход транзистора зашунтирован обратным диодом, а резистор

ЯС -цепочки — разрядным диодом.

3 1127

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в, качестве усилителей мощности для управления силовыми транзисторными ключами в преобразователях напряже5 ния и тока.

Известно устройство для управлеHHR CRJIoBblM TpaHSHCTopHblM ключом, содержащее управляющий трансформатор, вторичная обмотка которого сое-,1О динена через резистор с базой силового транзистора и через разделительный диод с конденсаТором, включенным последовательно с вспомогательным транзистором в база-эмиттерную цепь силового транзистора, принцип действия которого заключается в том, что о при эапираиии силового ключа íà его базу поступает обратное напряжение с конденсатора через открытый вспомо- о гательный транзистор, способствуя его надежному эапиранию 13.

Недостатками данного устройства являются сложность управляющей цепи, содержащей дополнительный транзистор, что снижает надежность преобразователя в целом, особенно при мощностях более 500 Вт, а также .необхо- димость дополнительного усилителя мощности для управления транзистором.

Известно устройство дпя управления транзистором, содержащее управляющий транзистор, эмиттером подключенный к клемме источника питания и эмиттеру силового транзистора, а коллектором через нелинейный элемент и конденсатор к базе силового транзистора, и дополнительный транзистор, коллектором подключенный к второй клемме источника питания, а эмиттером через резистор соединенный с точкой соединения нелинейного элемента. и конденсатора, прицип действия которого заключается s том, что силовой транзистор открывается, когда управляющий транзистор закрыт, и закрывается током разряда конденсатора,. когда управляющий транзистор открыт 73.

Недостатками указанного устройства являются большие коммутационные по-, тери, низкий коэффициент полезного © действия и динамический диапазон преобразователей, так как при уменьшении времени насыщенного состояния силового ключа напряжение на конден-! саторе недостаточно для быстрого перевода ключа в режим отсечки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

053 2 устройство для управления силовым —транзисторным ключом, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответственно к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для подключения нагрузки, например первичной обмотки. управляющего трансформатора, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемента, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор (31.

Недостатком известного устройства являются низкое быстродействие и формировайие обратного тока силового ключа в момент перехода из области насыщения в область отсечки, что ведет к излишним коммутационным потерям и снижает надежность работы силового ключа.

Цель изобретения — уменьшение коммутационных потерь и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее источник питания, один вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответствен но к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для подключения нагрузки, источник смещения, один вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемента, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, снабжено форсирующим узлом и двумя дополнительнычи резисторами, включенными последовательно между вторым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента, второй силовой электрод которого .через первый диод, зашунтиро1 127053 ванный конденсатором., подключен к точ. ке соединения дополнительных резисторов и к управляющему входу формирующего узла, первый силовой вывод которого подключен к второму выводу источника смещения., а второй скловой вывод - к точке присоединения резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого под- 10 ключен к аноду второго диода.

Форсирующий узел устройства для управления силовым транзисторным ключом может быть. выполнен на транзисторе, эмиттер и коллекторный резистор которого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная

RC -цепочка, включенная в цепь базы транзистора, — управляющий вход формирушщего узла, причем база-эмиттерный переход транзистора зашунтирован. обратным диодом, а .резистор

ЯС -цепочки †. разрядным диодом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для управления силовым тоанзисторным ключом1 на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник пи- ЗО тания 1, .подключенный. через коллектор. ный 2 и базовый 3 резисторы соответственно к коллектору и базе транзисторного ключа 4, источник смещения

5, ключевой элемент 6, первый силовой электрод которого подключен к резистору 7, источник управляющих импульсов 8, соединенный с общей шиной питания обоих источников 1 и 5, трансформатор управления 9, фор46 сирующий узел 10, первый диод 11, зашунтированный конденсатором 12, к катоду которого подключены два дополнительных резистора 13 и 14, и второй диод 15, причем первый снло- М вой вывод форсирующего узла 10, соединенный с источником смещения 5, через первый дополнительный резистор 13 подключен к управляющему входу форсирующего узла 10 и катоду 50 первого диода 11, второй силовой вывод форсирующего узла 10 соединен с резистором 7 ключевого элемента 6, катодом второго диода 15, базой транзисторного ключа 4 и его базовым 55 резистором 3, при этом ключевой элемент 6 вторым силовым электродом . соединен с анодом первого диода 11, а управляющим электродом с вторым дополнительным. резистором 14 и выводом источника управляющих, импульсов 8, другой вывод которого через первичную обмотку трансформатора управления 9 подключен к аноду второго диода 15 и эмиттеру транзисторного ключа 4, причем вторичная обмотка тран" сформатбра управления 9 подключена к база-эмиттерному переходу силового ключа 16.

Форсирующий узел 10 выполнен на транзисторе. 17, эмиттер которого, соединенный с анодом обратного диода 18, является первым силовым выводом форсирующего узла 10, коллек- торный.,резистор 19 образует второй силовой вывод форсирующего узла 10,. а база подключена к катоду обратного диода 18 и к конденсатору 20 РС -це почки 21, являющейся управляющим входом узла 10, резистор 22.которой зашунтирован разрядным диодом 23.

Устройство работает следующим образом. (При замыкании транзисторного ключа источника управляющих импульсов

8 открывается ключевой элемент (транзистор) 6, что, в свою очередь, приводит к отпиранию транзистора 17 благодаря падению напряжения на резисторе 13, причем длитепьность проводящего состояния транзистора 17 определяется параметрами конденсатора 20 и резистора 22 йС -цепочки 21 и выбирается по величине большей, чем время рассасывания носителей в базе силового ключа 16. При этом через диод 15 и первичную обмотку трансформатора управления 9 протекает ток, величина которого зависит от величины сопротивления резистора 19 и должна быть достаточной для быстро" го запирания силового ключа 16.

Величина напряжения (09 „ в,фиг. 2) на первичной обмотке трансформатора управления 9 s данный момент близка к напряжению источника смещения 5, что достигается выбором величины сонротивлеиия резистора 19 много меньшей величины сопротивления резистора 7. Транзисторный ключ 4 надежно закрыт напряжением открытого диода 15. На вторичной обмотке трансформатора управления 9 индуцируется напряжение (U9 о„, фиг. 2), являющееся запирающим для силового транзисторного ключа 16, причем

1127053 скорость его нарастания, величина и малая индуктивность рассеяния обмоток трансформатора 9 определяют высокую скорость нарастания и величину (в пределах допустимого для данного типа транзистора) обратного базового тока (31, фиг. 2), т.е.

:его форсирование, что ведет к быстрому рассасыванию носителей иэ области базы силового транзисторного ключа 16 и значительному уменьшению времени его переключения из области насыщения в область отсечки. Ilo окончании заряда конденсатора 20 тран- . зистор 17 закрывается, напряжение на первичной и вторичной (U9 „е . и 0э фиг. 2) обмотках тран9 Ьтор сформатора управления 9 уменьшается, оставаясь запирающим для силового транзисторного ключа 16. При размыкании транзисторного ключа источника управлякщих импульсов 8 ключевой элемент 6 закрывается, ток через диод 15 прерывается, что приводит к отпиранию транзисторного ключа 4 током базового резистора 3. Причем . конденсатор 12, заряженный до напряжения прямосмещенного диода 11, начинает разряжаться через резистор 14 на база-эмиттерный переход ключевого элемента 6, что способствует увеличению скорости его переключения и надежному запиранию. От источника

5 питания 1 через резистор и открытый транзисторный ключ 4 протекает ток первичной обмотки трансформатора управления 9, который индуцирует во вторичной обмотке ток ( фиг. 2), являющийся отпирающим для силового транзисторного ключа 16, причем запас по индукции, созданный предварительным замагничиванием сердечника в предыдущем полупериоде, 15 обеспечивает горизонтальность полки импульса базового тока силового транзисторного ключа 16 при минимальной индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. В зто же время кон20 денсатор 20 форсирующего узла 10 разряжается через диоды 18, 23 и ре-.зистор 13, обеспечивая подготовку форсирующего узла 10 к следующему включению.

25 Таким образом, в результате уменьшения времени выключения силовых транзисторных ключей снижаются коммутационные потери в транзисторах, что повышает надежность их работы.

1127053

Заказ 8752/42

Тирвк 666 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Уигород, ул. Проектная, 4

Составитель В.Жмуров

Редактор К.Волощук Техред Л.Кощюбняк .Корректор, А.Тяско