Устройство для управления силовым транзисторным ключом

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е 974521

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 18 ° 05 ° 81 (21) 3289555/24-07 с присоединением заявки РЬ (23) Приоритет

Опубликовано 15.11.82. Б1оллетень J642 (51)M. Кл.

Н 02 М 1/08

9куааротеенеый коиетет

СССР вв делан езабретеннй н открытей (53) УДК б21. 316„ .797(088.8) Дата олубликованин описания 15. 11. 82 (72) Автор изобретения

И. И. филиппов (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ

КЛОЧОМ го

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в ключевых регулируемых усилителях мощности, преобразователях постоянного напряжения в пе" ременное и т.д.

Известны устройства для управления силовым транзисторным ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, три коммутирующих транзистора, трансформатор с двумя первичными и одной вторичной обмотками, подключенные через резистор ко входу силового ключа 11, Недостатком таких устройств является невысокий коэффициент полезного действия, обусловленный потерями мощности на токоорганичительном резисторе в базовой цепи силового ключа.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по средствам и достигаемому результату является устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее трансформатор с одной входной и одной выходной обмоткой со средним выводом, один крайний вывод которой подсоединен к клемме для подключения базы транзистора ключа, второй крайний вывод соединен с клеммой для подключения нагрузки и средний вывод соединен с клеммой для подключения эмиттера транзистора ключа, прйэтом входная обмотка трансформатора подсоединена одним выводом через первый резистор к клемме для подключения первого вывода источника. питания .и вторым выводом - к коллектору управляющего транзистора, база которого подсоединена через второй резистор к выходу формирователя импульсов и эмиттер - к клемме для подключения вт 1рого вывода источника питания I 2).

974521

На фиг. 1 представлена принципи30 альная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы; на Фиг. 3 - петля перемагничивания магнитопровода трансформатора.

Устройство для управления силовым транзисторным ключом 1 содержит трансформатор 2, выходная обмотка 3 которого включена последовательно с клю" чом l, обмотка 4 подключена к первому переходу эмиттер-6а5а ключа 1, входная обмотка 5 одним выводом через резистор 6 подключена к источнику питания 7 и другим выводом - к коллектору управляющего транзистора

8, дополнительная входная обмотка 9 одним выводом через резистор 10 и диод 11 подключена к источнику питания 7 и другим выводом - к коллектору отпирающего транзистора 12. База транзистора 8 и через инвертор 13 база транзистора 12 подключены к форми» роватвлю управляющих импульсов 14.

Клеммы 15 и 16 предназначены для подключения силового ключа к дру- Ы гим элементам преобразователя.

Устройство работает следующим об»

I разом.

Недостатком известного устройства является то, что не обеспечиваются требуемые параметры выходного напряжения в режиме малых токов, особенно на низких частотах. 5

Целью изобретения является расширение диапазона амплитуды коммутируемого тока.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным резистором, отпирающим транзистором и инвертором и трансформатор снабжен дополнительной входной обмоткой, один вывод которой подсоединен через дополнительный. резистор к клемме для подключения первого вывода источника питания и второй вывод к коллектору отпирающего транзистора, база каторого соединена через иывертор с выходом формирователя импуль- zo сов, а эмиттер - с эмиттером управляющего транзистора.

Кроме того, устройство снабжено диодом, анод которого соединен с клеммой для подключения первого вы- 25 вода источника питания, а катод - с первым выводом дополнительного резистора.

Транзисторы 8 и 12 переключаются сигналом с формирователя управляющих импульсов 14 в противофазе (фиг. 2 а,б) ° В момент времени t когда силовой ключ 1 еще открыт, на транзистор 8 поступает отпирающий сигнал, а на транзистор 12 - запирающий. При отпирании транзистора

8 по обмотке 5 протекает ток, ограниченный резистором 6. Ток этой обмотки передается в обмотку 4, в результате чего базовый ток изменяет знак (фиг. 2 a), и происходит рассасывание неосновных носителей из базы силового ключа 1. По окончании этого процесса в момент времени

Г протекание тока базы в обратном направлении прекращается, к обмотке 5 прикладывается практически все напряжение источника питания 7, а на обмотке 4 индуцируется напряжение, запирающее силовой ключ 1 (фиг.2 г), который переходит в режим отсечки.

Под действием напряжения на обмотке

5 в интервале времени и — t происходит перемагничивание яагнитопровода трансформатора по кривой а,á,s,ã (фиг. 3) в обратном направлении до насыщения. Напряжение на обмотке 5 уменьшается по мере увеличения намагничивающего тока и увеличения падения напряжения на резисторе б. При насыщении магнитопровода трансформата ра в момент времени t напряжение на обмотке 5 падает до нуля (без учета активного сопротивления обмотки).

В интервале времени t - й4 напряже3 ние на обмотках трансформатора равно нулю, а через обмотку 5 протекает ток, определяемый реэистороя б и напряжением источника питания, В момент времени 4 происходит выключение транзистора 8 ° При номинальной нагрузке эа счет ЭДС самоиндукции, возникаемой .при выключении транзистора 8, на обмотке 4 появляется отпирающий сигнал, ключ l открывается и в дальнейшем за счет положительной обратной связи по току .между обмотками 4 и 3 поддерживается в насыщенном состоянии. Под действием напряжения на обмотке 3 происходит перемагничивание магнитопровода трансформатора по кривой в,д, а (фиг. 3) до момента выключения ключа 1.

Насыщенное состояние ключа 1 поддерживается за счет тока, трансформируемого иэ обмотки 9. Величина это974521 6 типоразмера магнитопровода трансформатора и потерь мощности в устройстве управления и силовом ключе, так как с увеличением тока нагрузки введенная цепь не оказывает влияния на работу устройства.

5 го тока задается резистором 10. С увеличением тока нагрузки напряжение на обмотках 3 и 4 возрастает, что приводит к возрастанию напряжения на.дополнительной обмотке 9 и уменьшению протекающего через него тока. При дальнейшем увеличении тока нагрузки напряжение на обмотке

9 превысит напряжение источника питания 7 и при отсутствии диода 11 1© .ток нагрузки будет трансформироваться в этот источник, протекая инверсно через транзистор 12. Такая трансформация тока нагрузки в источник ведет к нестабильности его выходного напряжения и к увеличению потерь мощности на элементах введенной цепочки.

Для устранения этого явления служит диод 11, отсекающий обратный ток 20 в этой цепи.

Насыщенное состояние силового ключа 1 на требуемый интервал времени может быть обеспечено путем применения магнитопровода трансформатора с мягкой петлей перемагничивания и большого типоразмера. Однако при этом уменьшается индуктивность трансформатора, ведущая к увеличению тока намагничивания и уменьше- 30 нию тока базы в конце интервала открытого состояния силового ключа. Это может привести при увеличении тока нагрузки к преждевременному выходу из насыщения силового ключа, когда его коэффициент передачи по току падает.

Для обеспечения насыщенного состояния силового ключа в конце интервала проводимости необходимо умень- в шить коэффициент трансформации между обмотками 3 и 4, т.е. увеличить ток базы, что ведет к увеличению по» терь в суповом ключе и всего устройства управления. iS

Увеличение типоразмера сердечника трансформатора и числа витков для увеличения индуктивности трансформа тора ведет не только к увеличению массы и габаритов устройства, но и к росту потерь мощности в трансформаторе за счет увеличения тока базы и активных сопротивлений обмоток.

Введение цепочки из последовательно соединенных резистора, дополни-тельной обмотки на. трансформаторе, отпирающего транзистора и диода позволяет расширить диапазон амплитуды коммутируемого тока без увеличения

Формула изобретения

1. Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее трансформатор с одной входной и одной выходной обмоткой со средним выводом, один крайний вывод кОторой подсоединен к клемме для подключения базы транзистора ключа „ второй крайний вывод соединен с клеммой для подключения нагрузки и средний вывод соединен с клеммой для подключения эмиттера транзистора ключа, при этом входная обмотка трансформатора подсоединена одним выводом через первый резистор к клемме для подключения первого вывода источника питания и вторым выводомк коллектору управляющего транзистора, база которого подсоединена через второй резистор к выходу формирователя импульсов, а эмиттер — к клемме для подключения второго вывода источника питания, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что,с целью расширения диапазона амплитуды коммутируемого тока, оно снабжено дополнительным резистором, отпирающим транзистором и инвертором и трансформатор снабжен дополнительной входной обмоткой, один вывод которой подсоединен через дополнительный резистор к клемме для подключения первого вывода источника питания и второй вывод - к коллектору отпирающего транзистора, база которого соединена через инвертор с выходом формирователя импульсов, а эмиттер - с эмиттером управляющего транзистора.

2. Устройство по и. 1,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено диодом, анод которого соединен с клеммой для подключения первого вывода источника питания, а катодс первым выводом дополнительного резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 760330, кл. H 02 М 1/08, 1980.

2. Полупроводниковые приборы в технике электросвязи. М., "Связь", 1975, с. 119, рис. 1.

974521

Составитель В. Костахин

Техред М.Тепер Корректор В. Прохненко

Редактор С, Тимохина

Заказ 3730/74 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

--ч

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4