Ключевой усилитель мощности

 

(iii 951645

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВЕЕтИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 28.10.80 (21) 2997805/18-09 (51)M. Кл.

Н 03 F 3/26 с присоединением заявки М (23) Приоритет.9иоудврстевитий комитет

СССР ао делам иэабретеиий и открытий

ОпУблнковано 15. 08. 82, Бюллетень кв 30

Дата опубликования описания 17 .08. 82 (5Ç) УЙК621.375. .026 {088.8) (72) Авторы изобретения

В.И. Костылев, A.Í. Пискаре нова

Чувашский государственный унив и Ленинградский институт то (71) Заявители (54) КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для применения в ключевых усилителях мощности, выполненных с применением высоковольтных транзисторов.

Известен ключевой усилитель мощности, содержащий согласующий и выходной трансформаторы, высоковольтные транзисторные ключи, к базо-эмиттерным переходам каждого иэ которых под-, ключена параллельно первая последовательная цепь из вспомогательной обмотки выходного трансформатора и диода1 а к эмиттерам - вторая последовательная цепь из обмотки согласуюцего трансформатора и резистора 1 ).

Однако известный ключевой усилитель мощности имеет высокие динамические потери .

Цель изобретения - снижение динами-2о ческих потерь.

Для достижения цели каждая из вторых последовательных цепей через введенный дроссель соединена с базой соответствующего высоковольтного транзисторного ключа.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого ключевого уси-. лителя мощности, выполненного, например, по мостовой схеме; на Фиг. 2временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы.

Ключевой усилитель мощности, собранный по мостовой схеме (см. фиг. 1)

f содержит выходной трансформатор 1 с первичной 2, выходной 3 и отдельными вспомогательными 4-7 обмотками, ключевые транзисторы 8"11, обмотки 12" 15 согласующего трансформатора, через который осуществляется управление, диоды 16-19, резисторы 20-23, дополнительно введенные линейные дроссели 24-27.

Ключевой усилитель может быть также собран по полумостовой схеме или по схеме двухтактного усилителя.

Ключевой усилитель мощности работает следующим образом.

9516

Пусть полярность напряжения на обмотках 12-15 согласующего трансформатора такая, как показана на фиг. 1 (без скобок). Открыты транзисторы 8 и 11. Полярность включения вспомогательных обмоток 4 и 7 и первичной обмотки 2 выходного трансформатора 1 такова, что диоды 16 и 19 закрыты.

Транзисторы 9 и 10 и диоды 17 и 18 закрыты отрицательным напряжением на обмотках 13 и 14 согласующего трансформатора. Токи через линейные дроссели 25 и 26 отсутствуют, В момент времени t меняется полярность напряжения lq на обмотках 12-151> согласующего трансформатора (на фиг.1 полярность для этого случая показана, в скобках) и для транзисторов 9 и 10 напряжение становится отпирающим (см. фиг. 2), а для транзисторов 8 и 11 - 20 запирающим. В течение времени рассасывания t в транзисторах 8 и 11 напряжение wa первичной обмотке трансформатора 1, а следовательно, и на обмотках 4"7 сохраняет свою поляр- 25 ность;" Поскольку полярность напряжения на обмотках 5 и 6 остается для транзисторов 9 и 10 запирающей, а диоды 17 и 18 открыты суммарным; яапряжением обмотки 13,5 и 14,6, то,зо транзисторы 9 и 10 продолжают находиться в режиме отсечки, предотвращая тем самым возникновение "сквозных" токов.

45 4 и вспомогательных 4-7 обмотках выходного трансформатора меняют свой знак (полярность указана в скобках). Поскольку токи 1 в линейных дросселях 25 и 26 скачком измениться не могут, а диоды 17 и .18 запираются напряжением вспомогательных обмоток 5, 6, то базовые токи транзисторов 9 и 10 сначала резко возрастают до величины токов дросселей 25 и 26, равных (Е„+Е)/Я, а затем зкспоненциально спадают до установившегося значения Е /R,(см. фиг. 2). 3а счет форсированного включения переход транзисторов иэ состояния отсечки в состояние насыщения в предлагаемой схеме происходит быстрее. Однако в высоковольтных транзисторах переходный Ilpoцесс при включении не кончается с моментом их входа в насыщение. Высоковольтным транзисторам свойственно явление модуляции омического сопротивления коллектора, что обусловлено на,личием высокоомного слоя в коллектор« йой.области. Поэтому после. насыщения транзисторов, напряжения на них продолжают изменяться, уменьшаясь по величине и становятся постоянными лишь спустя время установления, в течение которого происходило насыщение высокоомного слоя неосновными .носителями и уменьшение его сопротивления.

Под действием суммы напряжений обмоток 13 и 5 и соответственно 14 и

6 диоды 17 и 18 отпираются и по линейным аоосселям начинает протекать экспоненциально нарастающий ток 1

40 (см. йиг. 2). Скорость нарастания тока 1 определяется постоянной времени цепи, зависящей в основном от величины сопротивления резисторов 21 и

22 и индуктивности дросселей 25 и

26. Если время рассасывания tp более, 45 чем в 3 раза превышает постоянную времени базовой цепи управления, то ток i в линейных .дросселях 25 и

26 достигает величины (E +Е)/R, где Е и Е - соответственно амплитуды прямоугольных импульсов на обмотках 12-15 согласующего трансформатора и на вспомогательных обмотках 4-7 вы" ходного трансформатора 1;R - сопротивление резисторов 20-23. °

После окончания процесса рассасывания транзисторы 8 и 11 выходят из насыщения и напряжения на первичной 2 форсирование, полученное за счет введения в схему линейных дросселей, сокращает время установления и существенно уменьшает общие динамические потери при включении транзисторов, В момент времени t полупериод заканчивается и напряжения на обмотках 12-15 согласующего трансформатора меняют свою полярность. В транзисторах 9 и 10 начинается процесс рассасывания избыточных носителей, при этом запирающие базовые токи за счет включения линейных дросселей 25 и 26 нарастают экспоненциально. Ограничение скорости нарастания запирающего базового тока позволяет обеднить высокоомный слой коллекторной области неосновными носителями и получить после завершения процесса рассасывания.меньшую длительность спада коллекторного тока и снизить динамические потери при выключении транзисторов.

Формула изобретения

5 95164

Процессы в цепях управления транзисторами 8 и 11 происходят аналогично рассмотренным.

Из описания принципа работы предлагаемого ключевого усилителя мощности видно, что ввяценный в .схему линейный дроссель играет двоякую роль.

Во время рассасывания в ранее включенных транзисторах в линейных дросселях происходит накопление энергии, о которая затем используется для фор" сирования включения транзисторов и уменьшения потерь на этом этапе. С другой стороны, при включении транзисторов они служат для ограничения ts скорости нарастания запирающего 6а зового тока и уменьшают длительность спада коллекторного тока.

Таким образом, снижение динамичес-2в ких потерь происходит как эа счет уменьшения времени установления напряжения на транзисторах при их включении, так и за счет уменьшения времени спада коллекторных токов. 2s

Для оовреиенных высоковольтных транзисторов (например, типа KT828A) оптимальная величина индуктивности линейных дросселей лежит в пределах

6-10 мкГн. Введение указанных дрос- «щ селей в схему уменьшает времена установления напряжения и спада коллек5 6 торного тока в 2-3 раза и при рабочих частотах порядка 20 кГц. когда определяющими становятся динамические потери в транзисторах, позволяет

1 увеличить выходную мощность на

20-253.

Ключевой усилитель мощности, содержащий согласующий и выходной трансформаторы, высоковольтные транзисторные ключи, к базо-эмиттерным переходам каждого из которых подключена параллельно первая последовательная цепь из вспомогательной обмотки выходного трансформатора и диода, а к эмиттерам - вторая последователь" ная цепь из обмотки согласующего трансформатора и резистора, о т л ичающи йсятем, что, сцелью сниженйя динамических потерь, каждая из вторых последовательных цепей через введенный дроссель соединена с базой соответствующего высоковольтного транзисторного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 290407, кл. Н 03 F 3/26, 1970 (прототип).

951645

Составитель Ю. Рогаткин

: Ре актор M. Келемеш Техреду PeAsec Корректор А. Ференц

Заказ 5970/72 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб.д g. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,