Устройство управления транзисторным ключом

 

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в устройствах силовой коммутации. Цель - повышение КПД. Устр-во содержит выходной транзистор 1 и транзистор управления 2, базы которых соединены через низковольтный источник напряжения 3 и подключены к выходу источника тока 4, шунтированного управляющим ключом 5 блока управления 6. При размыкании управляющего ключа 5 блока управления 6 отпирается транзистор 2 и выходной транзистор 1. Благодаря наличию низковольтного источника напряжения 3 транзистор управления 2 работает на границе насыщения, что позволяет снизить потери на управление транзистором управления 2 и уменьшить потери на переключение выходного транзистора 1. 4 з и ф-лы, 5 ил. Ј (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистических

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1658319 А 1 (51)5 Н 02 М 1/08, 3/335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (2!) 4697618/07 (22) 20.04.89 (46) 23.06.91. Бюл. № 23 (72) И. В . Волков, Б. М. Верлинский, М. Н. Горбачев, А. Ю. Довгалевский, С. И. Закревский, А. П. Коба и Ю. И. Стародумов (53) 621.314.058(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1320889, кл. Н 03 К 17/60, 17.07.85.

Электронная техника в автоматике./Под. ред. Конева Ю. И. — М.: Радио и связь.

Вып. 17. 1986, с. 194, рис. 3.

Патент США ¹ 4408270, кл. Н 02 М 7/537, 363/132, 04.10.83.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах силовой транзисторной коммутации систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение

КПД.

На фиг. I цриведена функционал. ная схема устройства управления; на фиг. 2 — 4— варианты практического выполнения устройства управления; на фиг. 5 — диаграммы токов и напряжений на элементах устройства.

Устройство управления транзисторным ключом содержит выходной транзистор 1, транзистор управления 2, низковольтный источник напряжения 3, источник тока 4 и управляющий ключ 5 блока управления 6.

Источник тока 4 может быть выполнен в (54) УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах силовой коммутации. Цель — повышение КПД. Устр-во содержит выходной транзистор 1 и транзистор управления 2, базы которых соединены через низковольтный источник напряжения 3 и подключены к выходу источника тока 4, шунтированного управляющим ключом 5 блока управления 6.

При раэмыкании управляющего ключа 5 блока управления 6 отпирается транзистор 2 и выходной транзистор l. Благодаря наличию низковольтного источника напряжения 3 транзистор управления 2 работает на границе насыщения, что позволяет снизить потери на управление транзистором управления 2 и уменьшить потери на переключение выходного транзистора l. 4 з. и. ф-лы, 5 ил. виде трансформатора тока 7, первая 8 и вторая 9 обмотки которого включены между эмиттером транзистора управления 2 и вторым выходным выводом, а обмотка управления !О шунтирована управляющим ключом 5 блока управления 6. При этом соединение базы выходного транзистора 1 с обмотками трансформатора тока 7 может быть осуществлено через дополнительную обмотку 11, а блок управления 6 состоит иэ двухфазного генератора импульсов 12 и тиристора 13, шунтирующего обмотку управления 10.

Низковольтный источник напряжения 3 может быть выполнен на двух диодах 14, шунтированных конденсатором 15.

Устройство работает следующим образом.

1658319

При разомкнутом ключе 5 ток от источника тока 4 через источник напряжения 3 поступает в базу транзистора управления

2. При этом напряжение на его коллекторе снижается и устанавливается на уровне, равном сумме напряжений источника 3 и падения напряжения на базоэмиттерном переходе выходного транзистора 1, обеспечивая транзистору 2 режим с малой глубиной насыщения. Транзистор 1 открывается. Ток источника 4 выбираются таким, чтобы обеспечить насыщение транзистора 1. При замыкании ключа 5 к базоэмиттерному переходу транзистора 2 прикладывается отрицательное напряжение источника 3, вызывающее форсированное запирание. При этом ток коллектора транзистора 1 начинает проходить через базовую область, вызывая форсированное рассасывание заряда из области базы и выключение транзистора 1.

B практической схеме устройства управления (см. фиг. 2) источник тока 4 целессюбразно выполнить на трансформаторе тока 7, а ключ 5 — на высокочастотном тиристоре 13. В этом случае управление импул ьс н ым преобразователем может осуществляться от генератора импульсов 12, причем импульсы для отпирания транзистора 1 (см. фиг. 5а) подаются на анод тиристора 13, а для запирания (фиг. 56) на его управляющий электрод. При поступлении импульса на управляющий электрод тиристора 13 (см. фиг. 56) последний открывается и напряжения на всех обмотках трансформатора 7 резко уменьшаются, что эквивалентно замыканию ключа 5 в схеме на фиг. 1. Транзистор 2 закрывается и ток нагрузки начинает проходить по цепи: коллектор транзистора 1, его база, вторая обмотка 9 трансформатора 7. Протекание тока через вторую обмотку 9 трансформатора 7 вызывает протекание тока через его обмотку управления 10 и открытый тиристор 13. Таким образом, тиристор 13 надежно блокирует входные цепи транзисторов 2 и 1 от поступления помехи в течение всего времени, пока из базы транзистора 1 не будет выведен заряд.

При этом ток через выходной транзистор 1 и обмотку управления 10 трансформатора 7 станет равным нулю, на всех обмотках (см. фиг. 5в, г) происходит изменение знака напряжения (запирающее для транзисторов 1 и 2) и начинается вывод энергии, накопленной в сердечнике трансформатора 7. Ток размагничивания протекает через тиристор 13, вызывая его форсированное закрывание, и через выходные цепи генератора импульсов. После размагничивания сердечника трансформатора 7 устройство готово к поступлению следующего открывающего импульса.

Диаграммы, иллюстрирующие работу преобразователя, показаны на фиг. 5. В момент времени t благодаря импульсу отпирания

55 (см. фиг. Ьа) производится открывание транзисторов 2 и 1. В момент времени t> благодаря импульсу на управляющем электроде тиристора 13 (см. фиг. 56) открывается тнристор 13 и напряжение на обмотке снижается до нуля (с м. фи r. 5в) . Благодаря индуктивности рассеяния обмоток трансформатора и заряду, накопленному в базе транзистора 2, ток базы этого транзистора спадает линейно с изменением знака (см. фиг. 5д) на интервале 4 — 4.

В момент времени 4 переход база-эмиттер транзистора 2 резко восстанавливает свое обратное сопротивление, вызывая спад (и небольшой отрицательный выброс) напряжения на обмотке 8 (см. фиг. 5в) . Транзистор 2 выключается, обрывая эмиттер транзистора 1. Ток коллектора последнего переключается в базу (см. фиг. 5е). На интервале 4 — t4 происходит рассасывание заряда из области база — коллектор транзистора 1, последний выключается (см. фиг. 5Ж), а напряжение на его коллекторе возрастает (см. фиг. 5 з).

На интервале 4 † происходит перемагничивание или в данном случае размагничивание токового трансформатора 7. Вид диаграммы этого напряжения зависит от цепей, шунтирующих обмотки токового трансформатора. Если такие цепи отсутствуют, (см. фиг, 2 и 3), то за счет энергии, накопленной в сердечнике токового трансформатора, напряжение на обмотке 8 (см. фиг. 5г) меняет знак (запирая тиристор 13) и увеличивается до тех пор, пока переход база —эмиттер транзистора 2 не войдет в состояние лавинного пробоя. К моменту времени энергия, накопленная в сердечнике, полностью выводится, трансформатор размагничивается — преобразователь подготовлен к поступлению очередного запускающего импульса (см. фиг. 5а).

Полярность подключения обмоток трансформатора 7 (см. фиг. 2 и 3) должна быть такой, чтобы при протекании тока через нагрузку и вторую обмотку 9 трансформатора 7 на первой его обмотке 8 формировалось напряжение (см. фиг. 5г) с полярностью обеспечивающей открывание транзисторов 2 и 1. Схемы фиг. 2 и 3 с этой точки зрения идентичны схеме фиг. 4а и эквивалентны широко распространенной схеме магнитотранзисторного ключа фиг. 46. Разделение обмоток, как показано на фиг. 2, 3 (см. фиг. 4а) связано с удобством конкретной реализации.

Напряжение источника 3 выбираются таким, чтобы обеспечнть надежное закрывание транзистора 2. Для снижения напряжения коллектор †эмигг транзистора 2 (и при необходимости введения его в режим с большей глубиной насыщения) последовательно с базой транзистора 1 может быть включена дополнительная обмотка 11 токового трансформатора 7. Целесообразно ее

1658319 выполнить в виде отвода от первой обмотки 8 трансформатора 7 (см. фиг. 3).

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется нормирование глубнны насыщення низковольтного транзнстора за счет нелинейной обратной связн между базой н коллектором этого транзистора. Причем в предложенном источннке роль элементов обратной связи выполняют переход база — эмиттер высоковольтного транзистора и низковольтный источник. Кроме того, применение трансформатора тока и тиристора в качестве управляющих элементов позволило снизить потерн на управление и потери в моменты переключения транзисторного ключа, что позволило повысить КПД устройства.

Формула изобретения

l. Устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого присоединен к первому выходному выводу, а эмиттер подключен к коллектору транзистора управления, эмнттер которого связан с вторым выходным выводом, низковольтный источник напряжения, источник тока, управляющий ключ блока управления, отличшощееся тем, что, с целью повышения КПД, база транзистора управления соединена через низковольтный источник напряжения с базой выходного тра нзистора, соединенной через источник тока, шунтнрованный управляющим ключом блока управлення, с эмиттером транзистора управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник тока выполнен в виде трансформатора тока, обмотка управления которого шунтирована управляющим ключом блока управления, а связь эмитгера транзистора управления с вторым выходным выводом осуществлена через первую н вторую обмотки трансформатора тока, включенные

10 встречно-последовательно, точка соединения которых подключена к базе выходного транзистора.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что соединение базы выходного транзистора с точкой соединений первой и второй обмоток трансформатора тока выполнено через дополнительную обмотку трансформатора.

4. Устройство по пп. 1 — 3, отличающееся тем, что низковольтный источник напряжения выполнен в виде двух диодов, включенных согласно-последовательно н шунтированных конденсатором.

5. Устройство по пп. 4, огличающеегя тем, что блок управления содержит двух 5 фазный генератор импульсов. первый выходной вывод которого присоединен к управляющему электроду тиристора, шунтирующего обмотку управления трансформатора тока, первый вывод которой подключен к общему выходному выводу генератора им3Q пульсов, второй выходной вывод которого присоединен к второму выводу обмотки управления трансформатора тока.

1658319

1658319

Фиг. 4

Составитель В. Ежов

Редактор Т Иванова Техред А. Кравчук Корректор М Самборская

Заказ 24;35 Тираж 401 Подписное

ВНИИ11И (>< (;I;II>(н«нног(комитета по изобретениям и открытиям прп ГКН Г « .:(.Р

11 3<)Л5, Мо(ква, Ж .35, Ра3 гнская наб, д 4 5

1!роизн<.I< тн(II>l<>-и,(ат«.I((((I(I(ломбго(;(т (<11атент», г. Ужг<>1>од, у,I 1;>(;(риги(. 1(>!