Транзисторный ключевой преобразователь

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики, электропривода и вторичного электропитания для коммутации постоянного тока. Цель изобретения - расширение частотного диапазона при высоком напряжении в силовой цепи преобразователя. Транзисторный ключевой преобразователь содержит первый силовой высоковольтный транзистор п-р-п типа 1 и второй силовой транзистор р-п-р типа 2, соединенные по каскадной схеме, т.е. с объединенными эмиттерами и общей базовой обмоткой 4 трансформатора тока 3, включенной между базами силовых транзисторов 1 и 2. Трансформатор тока имеет первичную обмотку 5, пусковую обмотку 6 и управляющую обмотку 7, шунтированную управляющим ключом 10. Диод 13 шунтирует коллекторный переход силового транзистора 2 и первичную обмотку 5 трансформатора тока. Ключевой преобразователь открывается при подаче пускового импульса на обмотку 6 и удерживается в открытом состоянии благодаря положительной обратной связи с помощью трансформатора тока 3. Для запирания преобразователя замыкается управляемый ключ 10, коротящий обмотку 7. После выключения второго силового транзистора 2 открывается диод 13 и первый силовой транзистор 1 форсированно запирается по коллекторному переходу. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

2 А1 (19) (11) (1) 4 Н 02 М 7/537

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4290878/24-07 (22) 19.05.87 (46) 07.04.89. Бюп. Ф 13 (71) Смоленский филиал Московского энергетического института (72) А.А, Новиков, А.О. Ширяев и Т.Н. Новикова (53) 621.314.58 (088.8) (56) Патент США Р 4066956, кл. H 02 М 7/573, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1198684, кл, Н 02 M 1/08, 1984. (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧЕВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики, электропривода и вторичного электропитания для коммутации постоянного тока. Цель изобретения — расширение частотного диапазона при высоком напряжении в силовой цепи преобразователя.

Транзисторный ключевой преобразова-. тель содержит первый силовой высоковольтный транзистор и-р-и типа 1 и второй силовой транзистор р-и-р типа 2, соединенные по каскадной схеме, т.е. с объединенными эмиттерами и общей базовой обмоткой 4 трансформатора тока 3, включенной между базами силовых транзисторов 1 и 2. Трансформатор тока имеет первичную обмотку 5, пусковую обмотку 6 и управляющую обмотку 7, шунтированную управляющим ключом 10. Диод 13 шунтирует коллекторный переход силового транзистора 2 и первичную обмотку 5 трансформатора тока. Ключевой преобразователь открывается при подаче пускового импульса на обмотку 6 и удерживается в открытом состоянии благодаря положительной обратной связи с помощью трансформатора тока 3.

Для запирания преобразователя замыкается управляемый ключ 10, коротящий обмотку 7. После выключения второго силового транзистора 2 открывается диод 13 и первый силовой транзистор 1 форсированно запирается по коллекторному переходу. 2 ил, 1471272

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики, электропривода и вторичного электропитания для коммутации цепей постоянного тока.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона при высоком напряжении в силовой цепи преобразователя.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу.

Эмиттер первого силового высоко) вольтного транзистоРа 1 соединен с эмиттером второго силового транзистора 2. Трансформатор 3 тока имеет четыре обмотки. Первый вывод базовой обмотки 4 трансформатора тока соединен с базой первого силового тран- 20 эистора 1, а второй вывод этой обмотки соединен с базой второго силового транзистора 2. Первый вывод первичной обмотки 5 трансформатора тока соединен с коллектором второго силового транзистора 2, а второй вы вод этой обмотки является силовым выходом преобразователя, выводы пусковой обмотки 6 трансформатора тока и выводы управляющей обмотки 7 трансформатора тока подсоединены к схеме управления преобразователем 8. При этом к выводам пусковой обмотки 6 трансформатора тока подключен источник 9 отпирающего тока, а выводы управляющей обмотки 7 трансформатора тока шунтированы управляющим ключом 10, параллельно которому включен резистор 11 цепи восстановления ис" .. ходного магнитного состояния сердечника трансформатора тока. Вход транзистора 1 шунтирован резистором 12, а между базой транзистора 2 и силовым выходным выводом преобразователя включен диод 13.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть в момент времени г.„ (фиг.2) схема управления сформировала импульс тока i длительностью С вЂ .С . Этот ток протекает по обмотке 6 трансформато50 ра тока. Полярность включения первой, второй и третьей обмоток трансформатора тока такова, что протекание импульса тока i6 вызывает нарастание тока обмотки 4 и 5 трансформатора тока и начинается лавинообразный.процесс, в результате чего в базовой обмотке трансформатора тока происходит быстрое нарастание тока, трансформированного из первичной обмотки (на фиг. 2 перечисленные токи обозначены 14 и ig соответственно). К моменту полного .окончания лавинообразного регенеративного процесса включения из-за индуктивного характера нагрузки ток i, являющийся током нагрузки, характеризует запасенную в индуктивности нагрузки энергию.

На фиг. 2 показана форма тока i в резисторе 12, шунтирующем базоэмиттерный переход силового транзистора 1 и по форме совпадающего с напряжением на этом переходе. На обмотке 7 трансформатора тока наводится напряжение (на фиг. 2 оно обозначено U ), имеющее в момент времени характерный выброс за счет эффекта модуляции сопротивлений базовых областей силовых. транзисторов.

Далее до момента начала запирания (момент времени t>) токи обоих силовых транзисторов, токи в обмотках трансформатора тока и напряжение на них несколько увеличиваются. за счет роста тока нагрузки.

В момент времени t схема управления замыкает ключ 10 с вентильной характеристикдй, который шунтирует обмотку 7 трансформатора тока.(на фиг. 2 напряжение на этой обмотке

U< становится равным нулю, поскольку она оказывается короткозамкнутой).

Это приводит к быстрому выводу транзистора 2. Однако транзистор 2 остается еще насыщенным по коллекторному переходу и до момента рассасывания избыточных зарядов из его коллекторной области (это происходит в момент времени t<) ток нагрузки протекает по следующей цепи: коллекторный переход силового транзистора 1 обмотка 4 — коллекторный переход силового транзистора 2 — обмотка 5— нагрузка. Ток нагрузки продолжает нарастать и трансформируется в обмотку 7.

После рассасывания избыточных за. рядов из коллекторной области силового транзистора 2 (момент времени

t+) формируется срез его коллекторного тока, причем он замыкается теперь через диод 13 (фиг. 2, i в интервале времени от t до t>). В интервале от t до t . ток нагрузки трансформируется в обмотку 7 в со1471272 отношении v4/, что означает уменьЪ шение его величины. В момент времени заканчивается рассасывание из6 быточных зарядов из коллекторной области силового транзистора 1 и начинает формироваться срез тока нагрузки (до момента времени e ). Напряжение на базо-эмиттерном переходе силового транзистора 1 начинает уменьшаться, уменьшается и ток, протекающий через резистор 12 ° В момент времени t начинается процесс перемагничивания сердечника трансформатора 3 тока, в результате чего на

его обмотке 7 возникает характерное для восстановления через резистор 11 экспоненциально спадающее во времени напряжение U7 ° Имеет характерный выброс и ток резистора 12 за счет перезаряда эмиттерных барьерных емкостей обоих силовых транзисторов.

Формула изобретения

Транзисторный ключевой преобразователь, содержащий первый силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым силовым выводом преобразователя, и трансформатор тока с первичной обмоткой, первый вывод которой соединен с вторым силовым выводом преобразователя, базовой обмоткой, первый вывод которой соедиЭ нен с базой первого силового транзистора, пусковой обмоткой, соединенной с выводами для подключения источника коротких пусковых импульсов, и с управляющей обмоткой, шунтированной управляемым ключом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона при высоком напряжении в силовой цепи преобразователя, введен второй силовой транзистор, тип проводимости которого противоположен типу проводимости первого силового транзистора, эмиттеры первого и второго силовых транзисторов объединены, коллектор и база второго силового транзистора соединены с вторым выводом соответственно первичной и базовой обмотки трансформатора тока, а между базой

25 второго силового транзистора и вторым выводом преобразователя включен введенный диод, направление проводимости которого совпадает с направле-. нием проводимости силовых транзисто