Устройство для управления силовым транзисторным ключом

 

Устройство для управления силовым транзисторным ключом является усовершенствованием устройс ва по ввт св. № 972665, и предназначено преимущественно для использования в преобразователях постоянного напряжения в постоянное, а также в импульсных модуляторах. Цель изобретения - повышение быстродействия, что достигается введением в устройство конденсатора, а также дополнительных резистора , трех диодов и третьей обмотки трансформатора с рядом новых связей. В результате достигается охват силового транзистора цепью нелинейно отрицательной обратной связи, позволяющей стабилизировать заданную степень насыщения. В результате уменьшается время выключения силового транзистора и соответственно увеличивается быстродействие. 2 ил. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 К 17/61

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 972665 (21) 4865642/21 (22) 12.09.90 (46) 07.06.92, Бюл. ¹ 21 (71) Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" (72) В.С,Уманский (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 972665, кл. Н 03 К 17/61, 1980. (54) УСТРОИС" ВС ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ (57) Устройство для управления силовым транзисторным ключом является усовершенствованием устройства по ввт.св. ¹ 972665, и

Изобретение относится к импульсной технике, является усовершенствованием устройства по авт.св. ¹ 972665 и может быть использовано преимущественно в преобразователях постоянного напряжения в постоянное, а также в импульсных модуляторах, Известное устройство содержит силовой транзистор, трансформатор с первой и второй обмотками, соединенными встречно друг относительно друга, управляющий транзистор, первый диод и первый резистор, При этом анод первого диода соединен с общей шиной и с эмиттером управляющего транзистора, коллектор которого через первую обмотку трансформатора соединен с катодом первого диода. К нему через первый резистор подключена шина питания. Первый крайний вывод второй обмотки тоансформатора соединен с базой силового транзистора, эмиттер которого подключен к отводу той же обмотки, . Второй ее крайний вывод и коллектор сило„„Ы2„„1739497 А2 предназначено преимущественно для использования в преобразователях постоянного напряжения в постоянное, а также в импульсных модуляторах. Цель. изобретения — повышение быстродействия, что достигается введением в устройство конденсатора, а также дополнительных резистора, трех диодов и третьей обмотки трансформатора с рядом новых связей. В результате достигается охват силового транзистора цепью нелинейно отрицательной обратной связи, позволяющей стабилизировать заданную степень насыщения. B результате уменьшается время выключения силового транзистора и соответственно увеличивается быстродействие. 2 ил, вого транзистора присоединен к соответствующим выводам для подключения внешней нагрузки. База управляющего транзистора присоединена к внешнему источнику управляющих импульсов.

Недостаток известного устройства состоит в том, что в нем обеспечивается стабильность заданной степени насыщения силового транзистора при вариациях температуры окружающей среды и/или вариациях тока нагрузки. Как следствие, возрастает время выключения силового транзистора, что ограничивает быстродействие.

Цель изобретения повышение быстродействия.

В известное устройство для управления силовым транзисторным ключом введены конденсатор, а Также дополнительные второй резистор, второй, третий и четвертый диоды, а трансформатор снабжен дополнительно третьей обмоткой, включенной со1739497

10

20

40

55 гласно по отношению к второй обмотке, Дополнительная обмотка включена между точкой соединения базы силового транзистора с.анодом второго диода и первым выводом второго резистора. его второй вывод соединен непосредственно с катодом второгодиода и через конденсатор подключен к точке соединения катода третьего диода с анодом четвертого диода, катод которого соединен с коллектором силового транзистора. К эмиттеру последнего присоединен анод третьего диода.

Благодаря введению в устройство по основному изобретению конденсатора, дополнительных второго резистора, второго, третьего и четвертого диодов и наличию у трансформатора дополнительной обмотки, а также соответствующих связей, достигается охват силового транзистора цепью нелинейной отрицательной обратной связи, В результате обеспечивается автоматическая стабилизация заданной степени насыщения, например, при вариациях температуры окружающей среды и/или тока нагрузки, что дает уменьшение времени выключения силового транзистора. Как следствие, увеличивается быстродействие ключа, На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема устройства для управления силовым транзисторным ключом; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений и токов.

Устройство (фиг.1) содержит силовой транзистор 1, трансформатор 2 с первой 3 и второй 4 обмотками, соединенными встречно друг относительно друга, управляющий транзистор 5, первый диод 6 и первый резистор 7, В устройство введены конденсатор 8, а также дополнительные второй резистор 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 диоды, а трансформатор 2 снабжен дополнительно третьей обмоткой 13. Анод диода 6 соединен с общей шиной и с эмиттером транзистора 5, коллектор которого через обмотку

3 трансформатора 2 соединен с катодом диода 6, к которому через резистор 7 подключена шина питания Е. Первый крайний вывод обмотки 4 соединен с базой транзистора 1, эмиттер которого подключен к отводу обмотки 4. Второй крайний вывод обмотки 4 и коллектор транзистора 1 присоединены соответственно к выводам 14 и 15 для подключения внешней нагрузки. База транзистора 5 присоединена к внешнему источнику управляющих импульсов тока lypp.

Обмотка 13, включенная согласно по отношению к обмотке 4, присоединена между точкой соединения базы транзистора 1 с анодом диода 10 и первым выводом резистора 9. Его второй вывод соединен непосредственно с катодом диода 10 и через конденсатор 8 подключен к точке соединения катода диода 11 с анодом диода 12, катод которого соединен с коллектором транзистора 1, к эмиттеру которого присоединен анод диода 11.

Устройство работает следующим образом.

При подаче управляющего тока Iy p от внешнего источника в базу транзистора 5 он отпирается и через него, обмотку 3 и резистор 7 протекает ток Ig от источника Е (фиг.2а). Конденсатор 8 в этих условиях заряжается до напряжения Ев током 1з через обмотки 4 и 13, включенные последовательно и согласно, диод 11 и резистор 9 (фиг.2г), диоды 6 и 10 и транзистор 1 в это время заперты, ток через внешнюю нагрузку, подключенную к выводам 14 и 15, не протекает.

B момент Т начала очередного импульса ток lynp становится близким к нулю, благодаря чему транзистор 5 запирается.

Емкость коллекторного перехода транзистора 5 при этом заряжается через диод 6 и обмотку 3, что облегчает режим выключения транзистора 5, Под действием ЭДС самоиндукции при этом возникает ток 14, отпирающий транзистор 1 и протекающий через обмотку 4 и база-эмиттерный переход транзистораа.

Напряжение Е> на коллекторе транзистора 1 в процессе отпирания уменьшается, а через внешнюю нагрузку, подключенную к выводам 14 и 15, начинает протекать ток (фиг.2а). Этот ток, протекая через нижнюю секцию обмотки 4 трансформатора 2, создает положительную обратную связь: ток базы транзистора 1 оказывается под ее действием пропорциональным току нагрузки (пропорционально-токовое управление, совершенно аналогично имеющемуся в устройстве по основному изобретению). В процессе отпирания транзистор 1 переходит в режим насыщения.

Вмомент,,когда напряжение Е на коллекторе транзистора 1 в процессе его отпирания становится меньшим, чем напряжение Ев на конденсаторе 8, отпираются диоды 12 и 10 (фиг.2а). При этом начинается разряд конденсатора 8 током Ip no цепи; диод 12 — промежуток коллектор— эмиттер транзистора 1 — база-эмиттерный переход того же транзистора, зашунтированный обмоткой 4 — диод 10 (фиг.2г). Ток Ip направлен навстречу току 1, в результате ток Ig; проходящий через базу транзистора

1, становится равным 15 = 14 — Ip (фиг.2в). В результате возникает нелинейная отрицательная обратная связь по току базы, стаби.5

1739497 лизирующая заданную степень насыщения транзистора 1 при вариациях температуры окружающей среды и/или вариациях тока нагрузки. Так, при возрастании температуры, как известно, у транзисторов уменьша- 5 ется напряжение насыщения, а это (при неизменном значении Е ) вызывает увеличение тока Ip разряда конденсатора 8 и, соответственно, уменьшение тока Ig = l4 — Ip.

Стабилизация заданной степени насыще- 10 ния позволяет уменьшить время рассасывания неосновных носителей заряда в базе в условиях эксплуатации.

В момент Тг под действием тока lynp вновь отпирается транзистор 5, диод 6 за- 15 пирается и в базу транзистора 1 подается отрицательный ток lp, чем достигается аналогично устройству по основному изобретению форсированное запирание транзистора 1 (фиг.2а, б). 20

Уменьшение времени рассасывания, достигаемое под действием описанного выше механизма нелинейной отрицательной обратной связи в сочетании с подачей запирающего тока 14 в момент Tz, приводит к 25 уменьшению времени выключения транзистора 1, Как следствие, возможно повышение быстродействия путем увеличения максимальной рабочей частоты ключа. При его использовании, например, в составе 30 преобразователя постоянного напряжения в постоянное повышенная рабочая частота позволит уменьшить уровень пульсаций выходного напряжения и сократить габариты и массу. Возможно также применение устройства в импульсных модуляторах — повышение рабочей частоты позволяет расширить функциональные возможности модуляторов.

В разработанном лабораторном макете предлагаемого устройства, в котором использовались транзисторы 1 и 5 типов

2Т841Б и 2Т630А и диоды 6 и 10...12 типа

2Д212А, время выключения удалось уменьшить с 1 до 0,6 мкс при токе нагрузки 3 А.

Формула изобретения

Устройство для управления силовым транзисторным ключом по авт.св. (Ф 972665, отличающееся тем,что,с целью повышения быстродействия, введены конденсатор, а также дополнительные второй резистор, второй, третий и четвертый диоды, а трансформатор снабжен дополнительной третьей обмоткой, которая включена согласно по отношению к вторичной обмотке между точкой соединения базы силового транзистора с анодом второго диода и первым выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к катоду второго диода и через конденсатор — к точке соединения катода третьего диода с анодом чет- . вертого диода, катод которого соединен с коллектором силового транзистора, а эмиттер — с анодом третьего диода.

1739497

I 1

Составитель В.Уманский

Техред М. Моргентал Корректор M.Мэксимишинец

Редактор Е,Папп

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

Заказ 010 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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