Устройство для управления силовым транзистором преобразователя постоянного тока

 

(19)SU(11)895260(13)A1(51)  МПК ⁵    _H02M1/08(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к устройствам для преобразования постоянного напряжения в постоянное и предназначено для использования в схемах вторичных источников электропитания различной аппаратуры. Известно устройство для управления силовым транзистором [1] , содержащее два трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в цепи эмиттеров соответствующих транзисторов, а вторичные обмотки подключены к управляющим электродам соответствующих транзисторов. Каждый из трансформаторов тока имеет дополнительную обмотку, которая для отпирания силового транзистора подключается через резистор к источнику постоянного напряжения, а для запирания шунтируется при помощи управляющего транзистора разрядным резистором. Недостатком этого устройства является недостаточно интенсивное запирание транзистора при малых коэффициентах заполнения импульсов тока. Наиболее близким по технической сущности к описываемому является устройство для управления силовым транзистором [2] , содержащее управляющий транзистор, импульсный трансформатор, трансформатор тока с первичной обмоткой, включенной в цепь эмиттера силового транзистора, вторичной обмоткой, включенной в цепь базы силового транзистора, и дополнительной обмоткой, первый конец которой подключен к эмиттеру управляющего транзистора. Недостатком известного устройства является насыщение сердечника трансформатора тока при больших коэффициентах заполнения импульсов тока малой амплитуды через силовой транзистор, что приводит к преждевременному запиранию силового транзистора и ограничивает диапазон стабилизации напряжения нагрузки, а следовательно, ограничивает функциональные возможности, поскольку не обеспечивает работу при малых нагрузках. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для управления силовым транзистором. Для достижения поставленной цели устройство для управления силовым транзистором преобразователя постоянного тока снабжено тремя дополнительными диодами, первичная обмотка импульсного трансформатора включена между одним полюсом источника питания и коллектором управляющего транзистора, его вторичная обмотка подключена через два последовательно соединенных дополнительных диода к цепи эмиттер-база силового транзистора, эмиттер управляющего транзистора подключен к второму полюсу источника питания, а второй конец дополнительной обмотки трансформатора тока подключен через третий дополнительный диод к коллектору управляющего транзистора. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит силовой транзистор 1, выходной трансформатор с обмотками 2 и 3, диоды 4 и 5, дроссель с обмотками 6 и 7, конденсатор 8, нагрузку 9, трансформатор тока 10 с обмотками 11, 12 и 13, диод 14, дополнительный диод 15, импульсный трансформатор 16, дополнительные диоды 17 и 18, диод 19, резисторы 20 и 21, управляющий транзистор 22, командный блок 23, генератор пилообразного напряжения 24, формирователь импульсов 25, диоды 26, 27 и 28, конденсаторы 29, 30 и 31, резисторы 32-37 и транзисторы 38 и 39. В цепь коллектора силового транзистора 1 включена обмотка 2 выходного трансформатора, его обмотка 3 через диод 4 подключена к входу LCD-фильтра, образуемого диодом 5, обмоткой 6 дросселя и конденсатором 8, выход которого подключен к нагрузке 9. В цепь эмиттера силового транзистора 1 включена первичная обмотка 11 трансформатора тока 10, зашунтированная диодом 19, его вторичная обмотка 12 подключена к базе силового транзистора 1 через последовательно соединенные диод 14 и резистор 20. Коллектор управляющего транзистора 22 подключен к одному полюсу источника питания через первичную обмотку импульсного трансформатора 16, зашунтированную резистором 21, его вторичная обмотка подключена к базе силового транзистора 1 через последовательно соединенные дополнительные диоды 17 и 18. Дополнительная обмотка 13 трансформатора тока 10 одним концом через диод 15 подключена к коллектору управляющего транзистора 22, а другим концом - к второму полюсу источника питания. Обмотка 7 дросселя, диод 28, конденсатор 29 и резистор 33 образуют цепь измерения напряжения нагрузки. Диод 27, конденсатор 30 и резистор 32 образуют цепь ограничения напряжения коллектора силового транзистора 1. Диод 26, конденсатор 31 и резистор 34 образуют цепь измерения тока эмиттера силового транзистора 1. К входам командного блока 23 подключены выходы цепи измерения напряжения нагрузки, цепи измерения тока эмиттера силового транзистора 1 и генератора пилообразного напряжения 24 соответственно. Выход командного блока 23 подключен к входу формирователя импульсов 25, выход которого подключен к базе управляющего транзистора 22. Транзистор 39 и резистор 35 образуют схему с общей базой, вход которой подключен к выходу командного блока 23, а выход подключен к базе транзистора 38. Последний подключен эмиттером к одному полюсу источника питания, его база и эмиттер соединены резистором 37, а коллектор подключен через резистор 36 к месту соединения дополнительной обмотки 13 трансформатора тока 10 с диодом 15. Устройство работает следующим образом. После запуска генератора пилообразного напряжения 24 на выходе командного блока 23 появляются импульсы напряжения отрицательной полярности, коэффициент заполнения которых меняется в зависимости от уровней сигналов на выходе цепи измерения напряжения нагрузки и на выходе цепи измерения тока эмиттера силового транзистора 1 соответственно, причем во всех случаях этот коэффициент заполнения остается не выше некоторой предельной величины. Сигнал отрицательной полярности на выходе командного блока 23 вызывает отпирание транзисторов 39 и 38, в результате чего на дополнительной обмотке 13 трансформатора тока 10, а следовательно, и на его вторичной обмотке 12 появляется напряжение, отпирающее силовой транзистор 1, который удерживается в открытом состоянии из-за положительной обратной связи по току эмиттера, осуществляемой трансформатором тока 10. Когда полярность выходного сигнала командного блока 23 меняется на положительную, с выхода формирователя импульсов 25 на вход управляющего транзистора 22 поступает импульс заданной длительности, отпирающий его. В этом случае управляющий транзистор 22 шунтирует дополнительную обмотку 13 трансформатора тока 10, в результате чего прерывается положительная обратная связь по току эмиттера, а на базу силового транзистора 1 поступает импульс напряжения запирающей полярности, так как одновременно управляющий транзистор 22 подключает первичную обмотку импульсного трансформатора 16 к полюсам источника питания. Силовой транзистор 1 ускоренно запирается и остается закрытым до повторного изменения полярности сигнала на выходе командного блока 32. В результате переключений силового транзистора 1 по обмотке 3 выходного трансформатора и по цепи LCD-фильтра идет ток, который обеспечивает подачу энергии к нагрузке. Имеющаяся обратная связь по напряжению нагрузки обеспечивает его стабилизацию. Имеющаяся обратная связь по току эмиттера силового транзистора 1 обеспечивает стабилизацию тока в нагрузке в режимах перегрузки или короткого замыкания на выходе преобразователя. Дополнительные диоды 17 и 18 ограничивают ток утечки через вторичную обмотку импульсного трансформатора 16, когда на базе силового транзистора 1 появляется отпирающее напряжение. Диод 14 выполняет функцию защиты силового транзистора 1 от превышения величины напряжения запирающей полярности на его управляющих электродах выше допустимой величины, связанного с размагничиванием сердечника трансформатора тока 10. В случае, если коэффициент заполнения импульсов тока эмиттера силового транзистора 1 ограничен величиной 3 : 4, диод 14 может быть зашунтирован и снят. Описанное устройство позволяет с высоким КПД управлять силовым транзистором преобразователя во всех возможных режимах между полным холостым ходом и полным коротким замыканием на выходе преобразователя. (56) Авторское свидетельство СССР N 523498, кл. H 02 M 7/537, 1971. Авторское свидетельство СССР N 613494, кл. H 02 M 7/537, 1978.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее управляющий транзистор, импульсный трансформатор, трансформатор тока с первичной обмоткой, включенной в цепь эмиттера силового транзистора, вторичной обмоткой, включенной в цепь базы силового транзистора, и дополнительной обмоткой, первый конец которой подключен к эмиттеру управляющего транзистора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено тремя дополнительными диодами, первичная обмотка импульсного трансформатора включена между одним полюсом источника питания и коллектором управляющего транзистора, его вторичная обмотка подключена через два последовательно соединенных дополнительных диода к цепи эмиттер - база силового транзистора, эмиттер управляющего транзистора подключен к второму полюсу источника питания, а второй конец дополнительной обмотки трансформатора тока подключен через третий дополнительный диод к коллектору управляющего транзистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1