Устройство для формирования импульса управления силовым транзистором

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении выходных каскадов систем управления силовыми транзисторами статистических преобразователей или электроприводов. Техническим результатом изобретения является увеличения скорости включения и выключения силового транзистора. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для формирования импульса управления, содержащее преобразователь постоянного напряжения в пачки знакопеременного прямоугольного напряжения с трансформатором на выходе и источником сигнала управления на входе, мостовой выпрямитель на выходе трансформатора, резистор, конденсатор, введены дополнительно транзистор р-n-р и диод, подключающие в паузах сигнала управления затвор силового транзистора к отрицательно заряженному выводу конденсатора, токоограничивающий резистор, ограничивающий ток заряда конденсатора. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении выходных каскадов систем управления силовыми транзисторами статических преобразователей или электроприводов.

Известны формирователи (Авт. свид. СССР 1714767, Н 02 М 1/08, 1990), состоящие из генератора промежуточной частоты, первого, второго и третьего трансформаторов, первого и второго диодно-транзисторного коммутаторов, первого и второго выпрямителей, первого транзистора в выходной цепи первого выпрямителя и второго транзистора в выходной цепи второго выпрямителя. При этом положительная часть управляющего напряжения силового транзистора формируется вторым трансформатором и первым выпрямителем, отрицательная часть управляющего напряжения формируется третьим трансформатором и вторым выпрямителем.

Однако приведенные устройства имеют большое количество моточных изделий трансформаторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для формирования импульса управления силовым транзистором (Авт. свид. СССР 1467688, Н 02 М 1/08, 1989), содержащее преобразователь постоянного напряжения в знакопеременное прямоугольное с трансформатором на выходе, выполненный в виде двухтактного транзисторного инвертора, к базам транзисторов которого через элементы И подключены противофазные выходы задающего генератора и выход источника напряжения управления. Вторичная обмотка трансформатора выполнена со средней точкой и подключена к входу мостового выпрямителя на первом, втором, третьем и четвертом диодах, выход которого нагружен на резистор. Между отрицательным полюсом выпрямителя и средней точкой вторичной обмотки трансформатора включен конденсатор. Положительный полюс выпрямителя подключен к базе силового транзистора n-p-n-типа, эмиттер которого подключен к средней точке вторичной обмотки трансформатора.

Недостатком известного устройства является низкая скорость включения и выключения силового транзистора. Снижение скорости выключения вызвано наличием в цепи базы (или затвора в случае применения полевого силового транзистора) резистора, который снижает величину запирающего импульса тока базы (или затвора) силового транзистора. При уменьшении сопротивления резистора в нем увеличиваются потери мощности во время включенного состояния силового транзистора. А снижение скорости включения связано с тем, что из-за магнитной связи половин вторичной обмотки трансформатора ток первичной обмотки делится на ток заряда конденсатора и ток управления силовым транзистором. Так как ток первичной обмотки ограничен выходным сопротивлением транзисторного инвертора, то происходит снижение тока управления, если конденсатор разряжен.

Решение технической задачи направлено на увеличение скорости переключения силового транзистора.

Для решения поставленной технической задачи в известное устройство для формирования импульса управления силовым транзистором, содержащее источник напряжения управления, выход которого подключен к входу преобразователя постоянного напряжения в пачки знакопеременного прямоугольного с трансформатором на выходе, при этом вторичная обмотка трансформатора выполнена со средней точкой и подключена к входу мостового диодного выпрямителя, положительный полюс которого подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу конденсатора, причем второй вывод этого конденсатора вместе со средней точкой вторичной обмотки трансформатора подключен к истоку силового транзистора, введены токоограничивающий резистор и диод с дополнительным транзистором p-n-p типа, эмиттер которого вместе с катодом диода подключен к затвору силового транзистора, а база вместе с анодом диода подключена к положительному полюсу выпрямителя, при этом коллектор дополнительного транзистора вместе со вторым выводом резистора и с первым выводом конденсатора подключен к первому выводу токоограничивающего резистора, второй вывод которого подключен к отрицательному полюсу выпрямителя.

Таким образом, благодаря наличию отличительных признаков достигается положительный эффект - ускорение процесса заряда входной емкости силового транзистора и, как следствие, увеличение его скорости переключения. Это позволяет снизить массу и габариты охладителя транзистора или использовать силовой транзистор на более высокой частоте переключения, при этом снижаются масса и габариты электромагнитных элементов в статических преобразователях.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема устройства для формирования импульса управления силовым транзистором, на фиг.2 показаны графики, поясняющие работу устройства.

Устройство для формирования импульса управления силовым транзистором 1, содержит источник 2 напряжения управления, выход которого подключен к входу преобразователя 3 постоянного напряжения в пачки знакопеременного прямоугольного с трансформатором 4 на выходе. Вторичная обмотка трансформатора 4 выполнена со средней точкой и подключена к входу мостового диодного выпрямителя 5. Положительный полюс выпрямителя 5 подключен к первому выводу резистора 6, второй вывод которого подключен к первому выводу конденсатора 7. Второй вывод конденсатора 7 вместе со средней точкой вторичной обмотки трансформатора 4 подключен к истоку силового транзистора 1. В устройство введены также токоограничивающий резистор 8 и диод 9 с дополнительным транзистором 10 р-n-р типа, эмиттер которого вместе с катодом диода 9 подключен к затвору силового транзистора 1, а база вместе с анодом диода 9 подключена к положительному полюсу выпрямителя 5. Коллектор дополнительного транзистора 10 вместе со вторым выводом резистора 6 и с первым выводом конденсатора 7 подключен к первому выводу токоограничивающего резистора 8, второй вывод которого подключен к отрицательному полюсу выпрямителя 5.

Устройство работает следующим образом. Напряжение управления U₂ заданной длительности t₁-t₂ и t₃-t₄ (фиг.2а) формируется при помощи преобразователя 3 в пакеты знакопеременного прямоугольного напряжения U₃ (фиг.2b) и поступает через развязывающий трансформатор 4 на вход диодного мостового выпрямителя 5. Положительный импульс тока I_1(з) (фиг.2с) протекает от положительного полюса выпрямителя 5 к средней точке вторичной обмотки трансформатора 4 через диод 9 и управляющие выводы силового транзистора 1 и заряжает входную емкость транзистора 1 до положительного напряжения U_1(зи) (фиг.2е) открывания силового прибора. А ток, протекающий от средней точки вторичной обмотки трансформатора 4 к отрицательному полюсу выпрямителя 5 через конденсатор 7 и токоограничивающий резистор 8, заряжает конденсатор 7 до отрицательного напряжения U₇ (фиг.2d).

Во время паузы t₂-t₃ сигнала управления U₂ (фиг.2а) ток, протекающий по контуру: плюс конденсатора 7, исток-затвор транзистора I, эмиттер-база транзистора 10, резистор 6, минус конденсатора 7, открывает транзистор 10, через который протекает отрицательный импульс тока I_1(з) (фиг.2с) заряда входной емкости силового транзистора 1. При этом между управляющими выводами силового транзистора 1 формируется отрицательное напряжение U_1(зи) (фиг.2е) запирания. Так как величина импульса тока заряда I_1(з) входной емкости силового транзистора 1 в β раз больше, чем ток резистора 6, где β- коэффициент передачи тока базы транзистора 10, то время заряда входной емкости сокращается приблизительно в β раз по сравнению со временем заряда через резистор 6.

Формула изобретения

Устройство для формирования импульса управления силовым транзистором, содержащее источник напряжения управления, выход которого подключен к входу преобразователя постоянного напряжения в пачки знакопеременного прямоугольного с трансформатором на выходе, при этом вторичная обмотка трансформатора выполнена со средней точкой и подключена к входу мостового диодного выпрямителя, положительный полюс которого подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу конденсатора, причем второй вывод этого конденсатора вместе со средней точкой вторичной обмотки трансформатора подключен к истоку силового транзистора, отличающееся тем, что в него введены токоограничивающий резистор и диод с дополнительным транзистором р-n-p-типа, эмиттер которого вместе с катодом диода подключен к затвору силового транзистора, а база вместе с анодом диода подключена к положительному полюсу выпрямителя, при этом коллектор дополнительного транзистора вместе со вторым выводом резистора и с первым выводом конденсатора подключен к первому выводу токоограничивающего резистора, второй вывод которого подключен к отрицательному полюсу выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2