Устройство для управления силовым транзисторным ключом

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

oi>989701

1 я

/ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0306.81 (2j ) 3295764/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 15.0 18 З.Бюллетень Ио 2

Р1 М К,1 з

Н 02 М 1/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (331УДК 621.-316. 727 (088. 8) Дата опубликования описания 1501.83 (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ

ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может. быть ис. пользовано в ключевых регулируемых усилителях мощности, преобразователях постоянного напряжения в переменное.

Известны устройства для управления силовым транзисторным ключом, содержащие широтно-импульсный модулятор, три коммутирующих транзистора, трансформатор с двумя входными и одной, выходной обмотками, резистор и клеммы для подключения силового транзисторного ключа1,13.

Недостатком таких устройств является невысокий коэффициент полезного действия, обусловленный дополнительными потерями на токоограничительном резисторе в базовой цепи силового ключа.

Наиболее близким к.изобретению техническим решением по средствам и достигаемому результату является устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее генератор управляющих импульсов, подсоединенный своими выходами соот,ветственно к базе и эмиттеру управляемого транзистора, трансформатор, выходная обмотка которого подсоединена одним крайним выводом к клемме для подключения базы силового транзисторного ключа, средним выводом—

5 к его эмиттеру и вторым крайним выводом — к первой выходной клемме, .при этом вторая выходиая клемма соединена с клеммой для подключения коллектора силового транзисторного ключа, диод и клеммы для подключения источника питания и источника опорного напряжения 2 3

Недостатком известного устройства является невысокая надежность, обусловленная сложностью схемы и низкой помехоустойчивостью порогового узла. Белью изобретения является повышение надежности устройства для управления силовым транзисторным ключом, Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено стабилизатором тока, входы которого сое-. динены соответственно е клеммами для подключения источников питания

25 и опорного напряжения, причем выход стабйлизатора тока подключен через ,входную обмотку трансформатора к коллектору управляемого транзистора эмиттер которого подключен к аноду

30 диода, подсоединенного своим катодом

989701 к выходу стабилизатора тока и входу усилителя, выход которого соединен с клеммой для подключения источника опорного напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройст- 5 ва; на фиг. 2 †.вариант его принци" пиальной схемы.

Устройство для управления силовым транзисторным ключом 1 содержит трансформатор 2, входная обмотка 3 10 которого включена последовательно с ключом 1, обмотка 4 подключена к переходу эмиттер — база ключа 1, а входная обмотка 5 включена и код-.. лекторную цепь управляющего транэис- 15 тора b, база которого подключена к генератору 7 управляющих импульсов.

Диод 8 подключен параллельно цепи из последовательно соединенных управляющего транзистора 6 и первичной обмотки 5.Стабилизатор тока 9 включен между источником питания 10 и входной обмоткой 5 ° Ко входу стаби- лизатора тока 9 подключен источник

11 опорного напряжения и вы од усилителя 12, вход которого подключен к выходу стабилизатора тока 9. Клеммы 13 и 14 предназначенй для под" ключения силового ключа к нагрузке и к источнику питания силовой цепи.

Устройство работает следующим об" разом.

Дня поступления с выхода генератора 7 управляющего импульса на базу транзистора 6 последний отпирается. Напряжение от источника 10 через стабилизатор тока 9 прикладывается к входной обмотке 5, и по этой цепи начинает протекать ток намагничивания. Ток стабилизации стабилизатора 9, величина которого 40 задается источником 11 опорного напряжения, значительно превышает ток намагничивания трансформатора 2, поэтому регулирующий элемент стабилизатора 9 находится в насыщенном 45 состоянии, и практически все напряжение источника 10 приложено к входной обмотке 5. После окончания перемагничивания и насыщения маг-, нитопровода трансформатора 2 ток намагничивания резко увеличивается.

Стабилизатор 9 переходит в режим стабилизации, тока, регуЛирующий транзистор которого переходит в усилительный режим и на нем, увеличивается йа.дение напряжения, которое подается на вход усилителя 12, выходной транзистор которого открывается и шунтирует выход источника ll опорного напряжения, В Результате выходной сигнал источника 11 резко уменьшает" ся, что приводит к аналогичному уменьшению тока стабилизаций стабилизатора 9, а, следовательно, и тока, потребляемого от источника. Напряже" ние источника 10 приложено в основном Ц к регулирующему транзистору стабилизатора 9, и на обмотках трансформатора формируется нулевая пауза, Ток намагничивания в обмотке,5, превышающий по величине уменьшившийся ток от источника 10, замыкается через управляющий транзистор 6 и диод

8. Перед выключением управляющего транзистора ток в этом контуре уменьшается до нуля, и по обмотке 5 будет протекать ток только от стабилизатора 9, достаточный для возникновения ЭДС самоиндукции на обмотках трансформатора при выключении управляющего транзистора 6. Диод 8 предназначен для замыкания действующей на силовой ключ 1 импульсной помехи в интервалах времени с нулевым потенциалом на обмотках по цепи обмотка 5; транзистор 6, диод 8, конец обмотки 5.

После прекращения управляющего импульса с генератора 7 транзистор 6 запирается, ток через стабилизатор

9 прекращается, и его регулирующий транзистор полностью открывается.

Транзисторы усилителя 12 возвращаются в исходное состояние, и шунтирование выхода источника 11 опорного напряжения прекращается. Закрытие транзистора 6 приводит к лоявлению

ЭДС самоиндукции на обмотках трансформатора 2, что ведет к появлен ю импульса напряжения на обмотке 4, и силовой транзистор 1 отпирается.

В результате действия положительной обратной связи по току между обмотками 3 и 4 силовой транзистор 1 поддерживается открытым и насыщенным.

В его базовой цепи поддерживается ток, пропорциональный току в силовой цепи.

Устройство, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг. 2, помимо идентичных элементов, обозначенных на фиг. 1 одинаковыми цифрами, содержит регулирующий тран- зистор 15 стабилизатора тока 9, транзисторы 16,17,18 и диод 19 усилителя 12 и стабилйтрон 20 стабилизатора тока 11.

Сигнал со стабилизатора тока 9 снимается с перехода база-коллектор регулирующего транзистора 15 и подается на вход усилителя 12. Это лозволяет надежно запирать транзистор ,16 усилителя 12, когда транзистор

15 открыт и насыщен, и отпирать, когда транзистор 15 выходит из на= сыщения в усилительный режим. Открытие транзистора 16 приводит к открытию транзисторов 17 и 18, последний из которых ", шунтирует через диод

19 стабилитрон 20, чтб приводит к уменьшению тока стабилизации стабили-, затора 9. Диод 19 предназначен для создания потенциала на базе транзистора 15 с целью обеспечения неболь989701 шого тока намагничивания через обмбт= ку 5 трансформатора 2 °

Таким образом, данное устройство обеспечивает малое потребление мощности от источника в интервалах времени, когда магнитопровод трансформатора перемагничен и насыщен, при более простом схемном решении. Для работы устройства не требуются дополнительные источники питания и генератор управляющих импульсов с дву40 ,мя выходами, сигналы с которых должны быть различны по длительности и на различных потенциальных уровнях.

Помехоустойчивость устройства осуществляется за счет того, что )5 перемагничивание магнитопровода транс- . форматора осуществляется путем отпирания управляющего транзистора на .время, равное требуемому интервалу запертого состояния силового ключа. гПри этом транзистор стабилизатора то= ка открыт и насыщен постоянным сигналом с источника опорного напряжения. поэтому импульсная помеха не оказывает никакого влияния на состояние насыщенных транзисторов.

Увеличение коэффициента полезного действия осуществляется путем уменьшения тока, потребляемого от источника, после того, как магнитопровод трансформатора перемагнитится. Ток намагничивания обмотки 5, превыша ющий уменьшившийся по величине ток от источника, замыкается через управляющий тразистор 6 и диод 8.Перед выключением управляющего транзис- 35 тора ток в этом контуре может уменьшиться до нуля, по обмотке 5 будет протекать только ток от стабилизатора 9, достаточный для возникновения

ЭДС самоиндукции на обмотках транс- 40 форматора при выключении. управляющего транзистора .6. Для возникновения .ЭДС самоиндукции не требуется стабильное значение этого тока, а, следовательно, и стабильный источник питачия.

Формула изобретения

Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее генератор управляющих импульсов, подсоединенный своими выходами соотвественно к базе и эмиттеру управляемого транзистора, трансформатор, выходная обмотка которого подсоединена одним крайним выводом к клемме для подключения базы силового транзисторного ключа, средним выводом — к его эмиттеру и вторым крайним выводом - к первой выходной клемме, при этом вторая выходная клемма соединена с клеммой для подключения коллектора силового транзисторного ключа, усилитель, диод и клеммы для подключения источника питания и источника опорного напряжения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено стабилизатором тока, входы которбго соединены соответственно с клеммами для подключения источников питания и опорного напряжения, причем выход стабилизатора тока подключен через входную обмотку трансформатора к коллектору управляемого транзистора> змиттер которого подключен к аноду диода, подсоединенного своим катодом к выходу стабилизатора тока и входу усилителя, выход которого соединен

c êëåMìîé для подключения источника опорного. напряжения..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 7б0330, кл Н 02 И l/08,. 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

j9 748714, кл» Н 02 М 1/08, 1978 °

989701

Составитель В.Костюхин

Техред Е.Харитончик

Корректор Э.Билак

Редактор С.Тимохина

Тираж 684

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 11145/75

Подписное

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