Способ управления транзисторным ключом

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - улучшение динамических параметров транзисторного ключа. С этой целью для стабилизации контролируемого параметра, в качестве которого используется напряжение между базой и коллектором или напряжение между коллектором и эмиттером транзистора ключа, регулируют ток базы для компенсации изменения контролируемого параметра под воздействием нагрузки, температуры и других факторов. Ток базы силового транзистора формируют в виде импульсов, а при изменении контролируемого параметра регулируют их скважность. При этом импульсы тока базы, начиная с второго, устанавливают меньшей длительности, чем время включения транзисторного ключа, но достаточной для понижения контролируемого параметра ниже уровня уставки. Уменьшение длительности импульсов до минимально необходимой позволяет повысить частоту импульсов и этим достичь цели. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 1610552 А i (51) 5 Н 02 М 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4298974/24-07 (22) 20.08.87 (46) 30.11.90.Бкл. У 44 (71) Ивановский энергетический институт им.В.И.Ленина (72) В.В.Зверев и Е.Б.Герасимов (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 944108, кл. Н 02 M 3/335, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ь"- 1398041, кл. Н 02 М 1/OS, 1986. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫМ

КЛЮЧОМ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения— ,улучшение динамических параметров транзисторного ключа. С этой целью для стабилизации контролируемого параИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления мощными высоковольт.ными транзисторами во вторйчных источниках электропитания.

Целью изобретения является улучшение динамических параметров транзисторного ключа.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2— пояснительные временные диаграммы.

Устройство для реализации способа управления транзисторным ключом 1 содержит блок 2 сравнения, вход ко2 метра, в качестве которого используется напряжение между базой и кол лектором или напряжение между коллектором и эмиттером транзистора ключа, регулируют ток базы для компенсации изменения контролируемого параметра под воздействием нагрузки, температуры и других факторов. Ток базы силового транзистора формируют в виде импульсов, а при изменении контролируемого параметра регулируют их скважность. При этом импульсы тока базы, начиная с второго, устанавливают меньшей длительности, чем время включения транзисторного ключа, но достаточной для понижения контролируемого параметра ниже уровня уставки. Уменьшение длительности импульсов до минимально необходимой позволяет повысить частоту импульсов и этим достичь цели. 2 ил, С5 торого подключен к переходу коллек— тор-эмиттер ключа 1, напряжение на () котором является контролируемым па- (;Я раметром (контролируемым параметром при данном способе управления может ) быть также напряжение между коллектором и базой ключа). Выход блока 2 сравнения подключен к входу обратной связи регулятора 3 тока базы ключа 1,вход управления которого подключен к источнику 4 сигнала управления. Выход регулятора

3 подключен к переходу база-эмиттер ключа 1.Регулятор 3 выполнен на транзисторе 5, база которого образует вход обратной связи регулятора З,а переход коллекто ! 6и 055

45 эмиттер подключен к переходу ба=.а-эмиттер транзистора á,база которого образует вход управления регулятора 3,а коллектор связан с базой транзистора 7, эмиттер5 коллекторный переход которого шунтирует база-коллекторный переход транзистора 8, коллектор которого подключен к источнику 9 питания, а эмиттер вместе с эмиттерами транзисторов 5 и

6 образует выход регулятора 3. Блок ,2 сравнения может быть выполнен по какой-либо известной схеме.

Устройство содержит также дополни-! тельный транзистор 10, переход база1эмиттер которого подключен к выходу регулятора 3 или любой другой точке регулятора 3, в которой напряжение по фазе совпадает с выходным напряжением регулятора 3. Например, он может быть подключен к коллектору транзистора 7 или его базе. Коллектор дополнительного транзистора 10 через токоограничивающий резистор 11 и развязывающий диод 12 подключен к входу обратной связи регулятора 3> т.е. к базе транзистора 5. Переменный резистор 13 позволяет установить ðåжим транзистора !0. Кроме того, вспомогательный транзистор 14 переходом коллектор-эмиттер шунтирует вход обратной связи регулятора. База транзистора 14 через резистор 15 и кон денсатор 16 подключена к источнику ! 4 сигнала управления.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии сигнала П от источника 4 ключ 1 закрыт, потенциал его коллектора выше, чем потенциал эмиттера. Блок 2 сравнивает напряжение на его входе U с уставкой П, .

Если коллекторное йапряжение ключа 1 превьппает превышает уставку, то на выходе блока 2 сигнала нет и транзистор 5 закрыт. Начиная с момента появления на управляющем входе регулятора 3 отпирающего сигнала и практически до окончания заряда конденсатора 16 через него и резистор 15 про50 текает ток базы транзистора 14, вследствие чего последний открыт и шунтирует переходом коллектор-эмиттер вход обратной связи регулятора 3, Время открытого состояния транзисто 5 ра 14 может быть задано подбором номи налов элементов 15 и 16. Таким образом, в течение некоторого времени все сигналы, поступающие на вход обратной

1

Ф связи регулятора 3, шнутируется тран= зистором 14. Это время может быть задано при проектировании устройства и выбирается равным времени включения транзисторного ключа 1.

При появлении управляющего сигнала от источника 4 отпираются последовательно транзисторы б — 8. После отпирания транзистора 8 отпирается тран зистор 10 и через его переход коллектор-эмиттер подается напряжение .на вход обратной связи регулятора 3, зашунтированный ранее открытым транзистором 14. По мере отпирания потенциал коллектора транзистора 1 падает до тех пор, пока на входе блока 2 напряжение не будет равно напряжению уставки, после чего на выходе блока 2 появляется напряжение, отпирающее транзистор 5, который закрывает транзистор 6. Транзистор 14 в это время закрывается и не мешает прохождению сигнала от блока 2. Далее закрываются транзисторы 7 и 8. Таким образом, в базу транзистора 1 по дается отпирающий импульс тока в течение времени, равного времени его включения

За время, прошедшее с момента появления напряжения на выходе блока 2 до запирания транзистора 8, потенциал коллектора транзистора 1 опускается ниже уставки блока 2, после чего он начинает возрастать, в это время в базе ключа 1 происходит рассасывание избыточного заряда. По достижении напряжением на входе блока 2 значения уставки напряжение на выходе блока 2 пропадает, транзистор

5 закрывается. Поскольку на входе управления регулятора 3 имеет место сигнал управления от источника 4, транзисторы 6 — 8 поочередно отпираются, в базу ключа 1 подается очередной импульс тока.

После отпирания транзистора 8 отпирается транзистор 10 и подает отпирающий импульс на базу транзистора

5, что приводит к запиранию транзисторов б - 8. Второй импульс тока базы ключа 1 заканчивается. При этом его длительность t„ существенно меньше длительности первого импульса, равного времени включения ключа 1.

Это обусловлено тем, что в момент начала первого и второго импульсов тока базы режим ключа 1 существенно отличается, а именно: первый им5 6! 055 пульс тока базы выводит транзистбр иэ запертого состояния с высоким потенциалом коллектора, достигающим сотен вольт при этом его цлительt

5 ность складывается из времени задержки включения ключа 1 и времени спада напряжения коллектора, а второй импульс тока базы понижает потенциал коллектора всего на несколько . вольт или долей вольта иэ состояния с относительно низким исходным потенциалом.

В устройстве, реализующем способ, цепочка на транзисторе 10 в известном смысле компенсирует инерцию,измерения потенциала коллектора ключа 1 блоком 2 и время запирания транзисторов 6 — 8.

В течение второго импульса тока 20 базы потенциал коллектора ключа 1 снижается нее уровня уставки. По окончании импульса тока базы потенциал коллектора некоторое время еще продолжает снижаться, а затем начи- 25 нает нарастать до тех пор, пока не достигнет уставки блока 2," что приводит к появлению третьего импульса тока базы ключа 1. Работа элементов схемы здесь и далее происходит так же, как и при формировании второго импульса.

Описанные процессы продолжаются до тех пор, пока на входе управления регулятоРа 3 есть отпиРающий сигнал. 35

В течение всего этого времени ключ 1 открыт. Закрывается он после окончания управляющего сигнала от источника 4.

Из анализа работы устройства вид- 40 но, что в качестве контролируемого параметра здесь использовано напряжение между коллектором и эмиттером ключа 1 в открытом состоянии. Оно стабилизируется за счет регулирования 45 тока базы при изменении нагрузки, температуры и других внешних факторов, влияющих на изменение контролируемо-. го параметра. Например, при возраста,нии нагрузки ключа 1 скорость расса- 5g сывания избыточного заряда в его базе возрастает, поэтому интервалы времени между импульсами базового тока ученьшаются. При изменении температуры схема работает аналогично. Пусть температура возросла, пусть коэффид»- ент усиления ключа 1 при этом увеличился, Поскольку амплитуда тока базы неизменна, то насыщение ключа 1 стало глубже, т.е. время рассасыван .я увеличилось. Это приводит к уменьшению частоты импульсов тока базы.

По сравнению с известным данный способ управления позволяет улучшить динамические параметры транзисторного ключа, а пменно понизить максимальное время выключения и время, необходимое для приведения тока базы в соот— ветствие с. изменяющимися параметрами транзистора и нагрузки. Достижение положительного эффекта обусловлено тем, что минимальная длительность импульсов базового тока транзистора 1, начиная с второго, устанавливается меньше, чем время его включения, что позволяет повысить частоту следования импульсов.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ управления транзисторным ключом, заключающийся в том, что на интервале проводимости транзисторного ключа формируют базовый ток транзисторного ключа в виде однополярных импульсов неизменной достаточной для отпирания транзисторного ключа при максимальной нагрузке амплитуды, регулируют базовый ток транзисторного ключа путем изменения скважности сформированных импульсов и стабилизируют контролируемый параметр на уровне заданного значения за счет регулирования тока базы транзистора ключа, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения динамических параметров транзисторного ключа, длительность первого однополярного импульса базового тока транзисторного ключа устанавливают не меньше времени его включения, а длительность последующих импульсов базового тока устанавливают меньше времени включения трачзисторного ключа, но на уровне, достаточном дпя достижения контролируемым параметром заданного уровня.

l6I0552

Составитель А.Меркулова

Редактор А.Маковская Техред M.ÄèäûK

Корректор А. Осаулеико

Заказ 3743 Тираж 493 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101