Способ и устройство контроля состояния электронного ключа


 


Владельцы патента RU 2509403:

Общество с ограниченной ответственностью "ЖелДорПрограмм" (RU)

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в переключающих устройствах с применением MOSFET/IGBT транзисторов. Поставленные задачи достигаются тем, что в способе контроля состояния электронного ключа, выполненного по технологии MOSFET/IGBT транзисторов, путем подачи на сток-исток сигнала переменного тока через диодный мост со вторичной обмотки трансформатора по току потребления и форме сигнала в первичной цепи трансформатора. Для осуществления способа контроля открытого - закрытого состояния электронных ключей представлено устройство, состоящее из двух последовательно включенных MOSFET/IGBT транзисторов, образующих электронный коммутатор переменного тока, где соответственно истоки и затворы транзисторов объединены, стоки - вход и выход коммутатора, при этом сток-исток каждого транзистора соединены соответственно с узлами катодов и анодов соответствующих диодов по мостовой схеме, оставшиеся симметричные точки диодных мостов соединены с выходной обмоткой соответствующего изолирующего трансформатора и последовательно с включенным одним из выводов выходных обмоток трансформаторов ограничительных резисторов, а также первичных обмоток трансформаторов, подсоединенных к общему генератору переменного напряжения через соответствующие датчики тока. Технический результат - повышение надежности. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в переключающих устройствах с применением MOSFET/IGBT транзисторов.

Известен способ контроля состояния электронного ключа по току протекающему дополнительного резистора в цепи сток-исток транзистора [1].

Недостатком этого способа является невозможность контроля открытого - закрытого состояния электронного ключа при отсутствии источника тока.

Наиболее близким способом является способ, реализованный в устройстве [2]. Проверка открытого состояния электронного ключа производится в момент подачи сигнала управления. В закрытом состоянии электронного ключа проверка не производится.

Недостатком этого способа является невозможность контроля исправности электронного ключа при отсутствии сигнала управления для него, гальваническая связь цепей контроля с электронным ключом.

Задачами, на решение которых направлены настоящие изобретения, являются повышение надежности, расширение функциональных возможностей при проверке состояния электронных ключей.

Поставленные задачи достигаются тем, что в способе контроля состояния электронного ключа, выполненного по технологии MOSFET/IGBT транзисторов, путем подачи на сток-исток сигнала переменного тока через диодный мост со вторичной обмотки трансформатора, по току потребления и форме сигнала в первичной цепи трансформатора.

Для осуществления способа контроля открытого - закрытого состояния электронных ключей представлено устройство, состоящее из двух последовательно включенных MOSFET/IGBT транзисторов, образующих электронный коммутатор переменного тока, где соответственно истоки и затворы транзисторов объединены, стоки - вход и выход коммутатора, при этом сток-исток каждого транзистора соединены соответственно с узлами катодов и анодов соответствующих диодов по мостовой схеме, оставшиеся симметричные точки диодных мостов соединены с выходной обмоткой соответствующего изолирующего трансформатора и последовательно с включенным с одним из выводов выходных обмоток трансформаторов ограничительных резисторов, а также первичных обмоток трансформаторов, подсоединенных к общему генератору переменного напряжения через соответствующие датчики тока.

На рисунке представлена схема устройства электронного коммутатора с контролем открытого - закрытого состояния электронных ключей.

Устройство содержит вход 1 и 2 двухпроводной линии. Вход 1 подключен к стоку транзистора 3, а выход 7 к стоку транзистора 6, представляющие собой MOSFET транзисторы с каналом N-типа, вход и выход взаимозаменяемы. Затворы и истоки транзисторов 3 и 6 соответственно объединены и образуют вход управления 4, 5 коммутатора. Диодные мост 9…12 соединен выводами катодов диодов 9, 10 с стоком транзистора 3, а выводы анодов диодов 11, 12 соединены с истоком транзистора 3. Диодный мост 13…16 соединен выводами катодов диодов 15, 16 с стоком транзистора 6, а выводы анодов диодов 13, 14 соединены с истоком транзистора 3. Резистор 17 соединен с анодом диода 9, катодом диода 11 и выводом вторичной обмотки трансформатора 19. Резистор 18 соединен с анодом диода 15, катодом диода 13 и выводом вторичной обмотки трансформатора 20. Первичная обмотка трансформатора 19 соединена одним выводом с входом 21, а второй вывод соединен через обмотку токового трансформатора 23 с входом 22. Первичная обмотка трансформатора 20 соединена одним выводом с входом 21, а второй вывод соединен через обмотку токового трансформатора 24 с входом 22. Входы 21, 22 служат для подачи сигнала переменного тока. Выводы 25, 26 и 27, 28 - соответственно выходы токовых трансформаторов 23, 24.

Устройство работает следующим образом.

На контакты 21, 22 всегда присутствует сигнал переменного тока, например, меандр с частотой 50…100 кГц и амплитудой несколько вольт. Этот сигнал через токовые трансформаторы 23, 24 поступает на первичные обмотки трансформаторов 19, 20. Выбор тактовой частоты в основном определяется габаритно-весовыми характеристиками трансформаторов. Гальванически развязанный сигнал переменного тока со вторичных обмоток трансформаторов 19, 20 поступает через резисторы соответственно 17, 18 на диодные мосты 9…12 и 13…16. Особенность подключения трансформаторов на диодные мосты состоит в том, что сигнал с них поступает на разнополярные узлы включения диодов, т.е анод-катод. При этом другие однополярные узлы диодов моста: катодные узлы подключены к соответствующим стокам транзисторов 3, 4 и одновременно являющихся входами 1, 2 и выходами 6, 8 двухпроводной линии, что условно, потому, что электронный коммутатор переменного тока симметричен. Вторые анодные узлы диодных мостов соединены с истоками транзисторов 3, 6. Следует отметить, что такое подключение узлов диодных мостов обусловлено тем, что в предложенном устройстве использованы MOSFET транзисторы с каналом N-типа. Это предполагает, что нормальная эксплуатация этих транзисторов происходит при подаче положительного потенциала относительно истока, управление транзистора: открытое - проводящее состояние транзистора при определенном положительном потенциале относительно истока, закрытое - близкий к нулю потенциал относительно истока. Современные MOSFET транзисторы защищены от обратного напряжения стока-истока включением им параллельно включенного диода, т.е. катодом к стоку, а анодом к истоку. Для лучшей читаемости схемы, эти диоды на схеме не показаны. Таким образом получается, что параллельно внутренним ограничительным диодам в транзисторах 3, 6 подключены в той же полярности по две пары последовательно включенных диодов: первая пара из диодов 9, 11 и 10, 12 и вторая из диодов 13, 15 и 14, 16.

Рассмотрим несколько случаев отсутствия или наличия напряжения в разной фазе переменного напряжения на входе линии 1.2. При отсутствии напряжения на входе линии. Сигнал переменного тока (меандр) через резисторы 17, 18 поступает на диодные мосты 9…12, 13…16. При закрытых электронных ключах, транзисторов 3, 4 в момент положительного потенциала на вторичных обмотках трансформаторах 19, 20 со стороны резисторов 17, 18. Положительный потенциал проходит через диод 9 на сток транзистора 3 и соответственно аналогично на сток транзистора 6. Отрицательный потенциал со второго конца трансформатора 19 проходит на исток транзистора 3, аналогично для трансформатора 20 отрицательный потенциал проходит через диод 14 на исток транзистора 6. Разность потенциалов на сток-истоке транзисторов примерно равна разности потенциалов со вторичных обмоток трансформаторов. Цепь не замкнута, ток практически равен нулю, транзисторы закрыты и малый ток обратно включенных параллельных диодов не оказывают никакого влияния. Аналогична ситуация при смене полярности на выходах вторичных обмоток трансформаторов 19, 20, только с учетом прохождения тока через другие ветви диодных мостов. На первичных обмотках трансформаторах 19, 20 протекает только ток холостого тока, что регистрируется на выходах 25, 26 и 27, 28 соответственно токовых трансформаторов 23, 24 в виде меандра с минимальным напряжением частоты, подаваемой на вход 21, 22. При подаче открывающего напряжения на входы 4, 5, электронные ключи переходят в открытое состояние, т.е. сопротивление каналов сток-исток становится минимальным, близким к нулю. Теперь во вторичной обмотке будет протекать ток, обусловленный током протекающим через резисторы 17, 18. Падением напряжения на диодах и транзисторах можно пренебречь, с учетом падения 80-90% на резисторах 17, 18. Ток первичных обмоток трансформируется в ток вторичных обмоток трансформаторов, который преобразуется токовыми трансформаторами в выходное напряжение, превышающее в несколько раз напряжение при закрытых транзисторах 3, 6.

При наличии положительного потенциала на входе линии 1 относительно нулевого уровня линии 2-8. При закрытых транзисторах 3, 4, транзистор 3 представляет очень большое сопротивление для положительного потенциала со стороны входа 1, а транзистор 6 маленькое сопротивление за счет шунтирования канала сток-исток параллельно включенными ветвями диодов 13-15, 14-16 и внутреннего диода транзистора 6. Таким образом напряжение со вторичной обмотки трансформатора 19 не создаст тока в цепи через транзистор 3 за счет разности потенциалов обратной полярности для узлов диодов 9, 10 и 11, 12. Ток в первичной цепи трансформатора 19 минимальный, что соответствует минимальному напряжению на выходе 25, 26 датчика тока 23. Падение напряжение на транзисторе 6 минимальное и также находится в обратной полярности к узлам диодов 13, 14 и 15 ,16. Ток в первичной цепи трансформатора 20 минимальный, что соответствует минимальному напряжению на выходе 27, 28 датчика тока 24. При открытых транзисторах 3, 4, сопротивление их каналов сток-исток минимально. Переменное напряжение со вторичных обмоток трансформаторов 19, 20 через резисторы 17, 18 соответственно формирует токи, которые преобразуются в токи первичных обмоток этих трансформаторов и проявляются напряжениями на выходах 25, 26 и 27, 28 датчиков тока 23, 24, соответствующих состоянию включенных транзисторов 3 и 6.

При наличии отрицательного потенциала на входе линии 1 относительно нулевого уровня линии 2-8. При закрытых транзисторах 3, 4, падение напряжение на транзисторе 3 определяется падением напряжения на внутреннем диоде транзистора и двух параллельных ветвей диодов 9…12. Транзистор 6 закрыт и имеет высокое сопротивление канала, при этом внутренний его диод и параллельная ветвь из диодов 13…16 не шунтирует канал из-за обратной полярности диодов к потенциалу шины. При этом процессы контроля состояния транзисторов 3 и 6 будут идентичны для транзистора 6 и 3 соответственно из предыдущего абзаца.

Источники информации

1. Колпаков А.И. Характеристики и особенности применения драйверов MOSFET и IGBT (Рис.5, 6) // Компоненты и технологии №3, 2003 г.

2. Колпаков А.И. Характеристики и особенности применения драйверов MOSFET и IGBT (Рис.8, 9) // Компоненты и технологии №3, 2003 г.

1. Способ контроля открытого - закрытого состояния электронного ключа, выполненного по технологии MOSFET/IGBT транзисторов, путем подачи на сток- исток сигнала переменного тока через диодный мост с вторичной обмотки трансформатора, по току потребления и форме сигнала в первичной цепи трансформатора.

2. Устройство для осуществления способа контроля открытого - закрытого состояния электронных ключей, состоящее из двух последовательно включенных MOSFET/IGBT транзисторов, образующих электронный коммутатор переменного тока, где соответственно истоки и затворы транзисторов объединены, стоки - вход и выход коммутатора, при этом сток-исток каждого транзистора соединены соответственно с узлами катодов и анодов соответствующих диодов по мостовой схеме, оставшиеся симметричные точки диодных мостов соединены с выходной обмоткой соответствующего изолирующего трансформатора с последовательно включенным с одним из выводов выходных обмоток трансформаторов ограничительных резисторов, а также первичных обмоток трансформаторов, подсоединенных к общему генератору переменного напряжения через соответствующие датчики тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными выпрямителями, выполненными по трехфазной нулевой или мостовой схемах.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления тиристорами в преобразователях различной мощности. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве зависимого многозонного инвертора на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Изобретение относится к области силовой электроники. .

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к интерфейсным устройствам радиоэлектронной аппаратуры, реализующей функции управления исполнительными элементами.

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может использоваться, например, в регуляторах температуры. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными преобразователями постоянного и переменного напряжения.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах импульсно-фазового управления тиристорами преобразователей. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться в системах управления тиристорными выпрямителями, выполненными по трехфазной нулевой схеме.

Изобретение относится к схемному устройству для распознавания переходов через нуль сетевого напряжения (UNETZ) сети переменного напряжения, причем вызванный сетевым напряжением (UNETZ) измерительный ток (i, iR, i F, iFP, iFN) подается на детектор (31, 32) переходов через нуль для формирования сигнала перехода через нуль и причем между проводником (L) и нулевым проводником (N) сети переменного напряжения расположен потребитель (1, 1a, 1b, 11, 12) тока, посредством которого устанавливается ход изменения значения тока для измерительного тока (i, iR, i F, iFP, iFN), вызванного сетевым напряжением (UNETZ).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления тиристорными преобразователями постоянного и переменного тока. Технический результат - повышение точности работы в условиях нестационарности частоты сети. Адаптивное интегрирующее устройство синхронизации представляет собой замкнутую интегрирующую автоколебательную систему с контуром амплитудной коррекции по частоте. Устройство содержит источник сигнала синхронизации (не показан) - «вход» устройства синхронизации, первый сумматор (1), интегратор (2), второй сумматор (3), релейный элемент (4), преобразователь частоты в напряжение (5), третий сумматор (6), амплитудный модулятор (7), источник опорного напряжения 8. Повышение точности работы устройства обеспечивается за счет его адаптации к частоте синхронизирующего воздействия вследствие автоматического регулирования порога переключения релейного элемента (4) за счет введения преобразователя частоты в напряжение (5), второго (3) и третьего (6) сумматоров, амплитудного модулятора (7) и источника опорного напряжения (8). 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройстве и способе управления, используемых при шунтировании блоков питания. Технический результат - уменьшение пульсации выходного напряжения. Способ управления при шунтировании блока питания включает в себя: измерение первого трехфазного выходного электрического сигнала; вычисление соответственно составляющих первых прямой и обратной последовательностей первого трехфазного выходного электрического сигнала; формирование заданных составляющих прямой и обратной последовательностей фаз, чтобы соответственно выполнить автоматическую компенсацию составляющих первых прямой и обратной последовательностей, таким образом, выводя составляющие вторых прямой и обратной последовательностей; сложение вторых составляющих прямой и обратной последовательностей и вывод второго трехфазного выходного электрического сигнала в заданном режиме. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем. Способ заключается в том, что формируют прямоугольные импульсы напряжения, причем середины сформированных прямоугольных импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока выпрямителя, вычисляют значение угла δ согласно выражению где: ω - круговая частота фазного напряжения питающей сети; L - фазная индуктивность выпрямителя; I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя; U1 - действующее значение первой гармоники фазного напряжения питающей сети, сформированные прямоугольные импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя. Технический результат - предложенный способ позволяет формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления тиристорными преобразователями постоянного и переменного напряжения, а также активными выпрямителями. Техническим результатом является повышение динамической точности в области малых значений глубины синхронизации, меньших уровня 2,0, за счет измерения периода напряжения сети TC за время TC/6 или 60 эл. град., Устройство синхронизации представляет собой замкнутую интегрирующую автоколебательную систему с контуром амплитудной коррекции по частоте. Адаптивное интегрирующее устройство синхронизации содержит первый сумматор (1), интегратор (2), второй сумматор (3), релейный элемент (4), три одинаковые схемы синхронизации (5)-(7), логический элемент (8) функции «3 ИЛИ», преобразователь периода в напряжение (9), третий сумматор (10), амплитудный модулятор (11) и источник опорного напряжения (12). 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока для летательных аппаратов. Первичными источниками с нестабильными параметрами входной энергии в таких системах служит синхронный генератор с переменной скоростью вращения вала. Функция обеспечения качественных показателей генерируемой электрической энергии возлагается на непосредственный преобразователь частоты с естественной коммутацией и выходной силовой низкочастотный фильтр. Предложенный способ заключается в том, что формируют импульсы управления тиристорами в моменты равенства опорных сигналов с управляющими трехфазными сигналами, формируют три сдвинутых на 120° синусоидальных сигнала, формируют сигнал, который в каждый момент времени равен среднему значению сформированных синусоидальных сигналов, полученный.сигнал масштабируют и каждый управляющий сигнал формируют в виде суммы полученного путем масштабирования сигнала и соответствующего синусоидального сигнала. Таким образом, предложенный позволяет получить технический результат - уменьшить массу синхронного генератора за счет повышения входного коэффициента мощности непосредственным преобразователем частоты. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока. Технический результат - увеличение угла задержки импульсов до 18 эл. градусов в средней части полупериода напряжения и уменьшение максимальной мощности полной нагрузки тиристорных преобразователей. В способе фазового управления двумя или более тиристорными преобразователями, одновременно работающими на индивидуальные нагрузки и питаемыми от одной сети переменного тока, импульсы разных преобразователей подают со сдвигом между собой на угол Δα, который выбирается равным максимальному Δαmax, если импульсы управления находятся в средней части полупериода сетевого напряжения, плавно увеличивается от нуля до Δαmax в области от 0 эл. градусов сетевого напряжения между прямыми Δα=α*Δαmax/18 и Δα=α*Δαmax/54, где α - угол выдачи первого импульса управления, эл. градусов, и плавно уменьшается от Δαmax до нуля при углах управления, приближающихся к 180 эл. градусам между прямыми Δα=(180-α)*Δαmax/18 и Δα=(180-α)*Δαmax/54.Угол Δαmax выбирается в пределах 1-18 эл. град. 1 ил.

Изобретение относится к способу управления двумя электрически последовательно включенными IGBT (Т1, Т2) полумостовой схемы (2), на которой существует рабочее постоянное напряжение (UG), причем эти обратнопроводящие IGBT (Т1, Т2) имеют три состояния переключения. В соответствии с изобретением способ содержит следующие этапы: установление каждого обратнопроводящего IGBT (T1, T2) полумостовой схемы (2) в течение стационарного состояния выключения соответствующего заданного управляющего сигнала ( S T *   ) в состояние переключения «-15 В», удерживание обратнопроводящего IGBT (T1, T2) в состоянии переключения «+15 В» по истечении предопределенного временного интервала (ΔТ1) после перехода заданного управляющего сигнала ( S T *   ) от состояния выключения в состояние включения, пока протекает ток от эмиттера к коллектору, установление обратнопроводящего IGBT (T1, T2) по истечении этого предопределенного временного интервала (ΔТ1) после перехода заданного управляющего сигнала ( S T *   ) от состояния выключения в состояние включения, если тем самым обеспечивается возможность протекания тока от коллектора к эмиттеру, установление каждого обратнопроводящего IGBT (T1, T2) полумостовой схемы (2) в состояние переключения «+15 В» на второй предопределенный временной интервал (ΔТ2) после перехода соответствующего заданного управляющего сигнала ( S T *   ) от состояния включения в состояние выключения, и установление обратнопроводящего IGBT (T1, T2) полумостовой схемы (2) по истечении второго предопределенного временного интервала (ΔТ2) на третий предопределенный временной интервал (ΔТ3) в состояние переключения «0 В». Тем самым получают способ управления для двух электрически последовательно включенных IGBT (Т1, Т2) полумостовой схемы (2), которые имеют три состояния переключения, за счет чего достигается технический результат - заряд обратного восстановления при том же напряжении пропускания ниже по отношению к обычному способу управления. 8 з.п. ф-лы, 30 ил.

Изобретение относится к переключающимся схемам. Технический результат заключается в уменьшении нагрузки на схему формирователя сигналов управления затвором. Переключающая схема включает в себя: первый переключающий элемент; резистор, вставленный между управляющим электродом первого переключающего элемента и схемой управления, которая выполняет управление переключением для первого переключающего элемента; и первый конденсатор и второй переключающий элемент, подключенные между управляющим электродом первого переключающего элемента и электродом на стороне с низким потенциалом первого переключающего элемента. Электрод на стороне с высоким потенциалом второго переключающего элемента подключен к управляющему электроду первого переключающего элемента. Электрод на стороне с низким потенциалом второго переключающего элемента подключен к одному электроду первого конденсатора. Другой электрод первого конденсатора подключен к электроду на стороне с низким потенциалом первого переключающего элемента. Управляющий электрод второго переключающего элемента подключен к электроду резистора, подключенного к схеме управления. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности инвертора. В способе управления зависимым инвертором однофазного переменного тока при указанном в материалах заявки управлении вентилями анодной и катодной групп моста зависимого инвертора в первом и втором полупериодах импульсов управления с регулируемы углом βрег и нерегулируемым углом β в соответствующих зонах регулирования дополнительно подают на всех зонах регулирования, кроме первой, в первом полупериоде напряжения импульсов управления с нерегулируемым углом β на управляемый вентиль катодной группы средней цепочки предыдущей зоны, а во втором полупериоде - на управляемый вентиль анодной группы средней цепочки предыдущей зоны. Импульсы управления с нерегулируемым углом β, подаваемые в каждом полупериоде на одну соответствующую пару управляемых вентилей крайних цепочек соответствующих зон, подают с задержкой по времени относительно нерегулируемого угла β на величину угла отпирания γ1 соответствующего управляемого вентиля средней цепочки предыдущей зоны. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вакуумных установках для плавки и термообработки металлов. Технический результат: непрерывный контроль симметрии и величины напряжения вывода индуктора относительно заземленной нейтрали питающей сети, быстрое снижение напряжения на нагрузке при увеличении контролируемого напряжения выше установленного значения, надежное и плавное выключение преобразователя при пробое вывода нагрузки на заземленную нейтраль, повышение электрического КПД индуктора, улучшение формы выходного тока. В преобразователь частоты введен четвертый мост. Нагрузка выполнена из двух параллельно соединенных секций, включенных последовательно между инвертирующими мостами двух параллельных цепей. Рассмотрен способ управления преобразователем частоты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх