Устройство для управления силовым транзисторным ключом Советский патент 1984 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве усилителей мощности для управления силовыми транзисторными ключами в преобразователях напряжеНИН и тока. Известно устройство дяя управления силовым транзисторным ключом, содержащее управляющий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена через резистор с базой силового транзистора и через разделитель ный диод с кoндeнcatopoм, включенным последовательно с вспомогательным транзистором в база-эмиттерную цепь силового транзистора, принцип действия которого заключается в том, что при запирании силового ключд на его базу поступает обратное напряжение с конденсатора через открыть® вспомо гательньй транзистор, способствуя ег надежному запиранию С 3- Недостатками данного устройства являются сложность управляющей цепи содержащей дополнительный тран.зистор, что снижает надежность преобразователя в целом, особенно при мощностях более 500 Вт, а также необходимость дополиительного усилителя мощности для управления транзистором Известно устройство для управления транзистором, содержащее управлянхций транзистор, эмиттером подключенный к клемме источника питания и змнттеру силового транзистора, а коллектором 4ерез нелинейный элемент И конденсатор к базе силового транзистора, и дополнительный транзистор коллектором подключенный к второй клемме источника питания, а эмиттером через резистор соединенный с точ кой соединения нелинейного элемента и конденсатора, прицип действия кото рого заключается в том, что силовой транзистор открывается, когда управляющий транзистор закрыт, и закрывается током разряда конденсатора, когда управлякхций транзистор открытС Недостаткаьш указанного устройств являются большие коммутационные потери, низкий коэффициент полезного действия и динa «чecкий диапазон преобразователей, так как при уменьшении времени насЕлценного состояния силового ключа напряжение на конденсаторе недостаточно для быстрого перевода ключа в режим отсечки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления силовым - транзисторным ключом, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответственно к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для подключения нагрузки, например первичной обмотки управляющего трансформатора, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемента, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор BJ. Недостатком известного устройства являются низкое быстродействие и формирование обратного тока силового ключа в момент перехода из области насьщения в область отсечки, что ведет к излишним коммутационным потерям и снижает надежность работы силового ключа. Цель изобретения - уменьшение коммутационных потерь и повьш1ею1е надежности. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее источник питания, один вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответственно к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для подключения нагрузки, источник смещения, один вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляю1цих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевога элемента, первый силовой злектрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, снабжено форсирующим узлом и двумя дополнительными резисторами, включенными последовательно между вторым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента, второй силовой электрод которого через первый диод, зашунтиро31ванный конденсатором, подключен к то ке, соединения дополнительных резисто ров и к управляющему входу формирующего узла, первый сийовой вывод которого подключен к втррому выводу источника смещения, а второй силовой вывод - к точке присоединения резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого под- ключен к аноду второго диода. Форсирующий узел устройства для управления силовым транзисторным клю чом может быть выполнен на транзисто ре, эмиттер и коллекторный резистор которого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная RC -цепочка, включенная в цепь базы транзистора, - управляющий вход формирующего узла, причем база-эмиттерный переход транзистора зашунтирован обратным диодом, а резистор f C-цепочки - разрядным диодом. На фиг. Т представлена принципиальная схема устройства для управления силовым транзисторным ключом на фиг. 2 -временные диаграммы, шшюстрирук 9{е предлагаемого устройства. Устройство содержит источник питания 1, подключенный через коллекто 1в(й 2 и базовый 3 резисторы соответственно к коллектору и базе транзисторного ключа 4, источник смещения 5, ключевой элемент 6, первый силовой электрод которого подключен к резистору 7, источник шравлякхщх импульсов 8, соединенный с общей лшной питания обоих источников 1 и 5, трансформатор управления 9, фор сирующий узел 10, первый диод 11, зашунтированный конденсатором 12, к катоду которого подключены два дополнительных резистора 13 и 14, и второй диод 15, причем первый сило вой вывод форсирующего узла tO, соединенный с источником смещения 5 через nepBbdt дополнительный резистор 13 подключен к управляющему входу форсирующего узла 10 и катоду первого диода 11, второй силовой вывод форсирующего узла 10 соединен с резистором 7 ключевого элемента 6, катодом второго диода 15, базой тран зисторного ключа А и его базовым резистором 3, при этом ключевой элемент 6 вторьш силовым электродом соединен с анодом первого диода 11« 3 а управляющим электродом с вторым дополнительным резистором 14 и выводом источника управлякяцих .импульсов 8, другой вывод которого через.первичную обмотку трансформатора управления 9 подключен к аноду второго диода 15 и эмиттеру транзисторного ключа 4, причем вторичная обмотка трансформатбра управления 9 подключена к база-эмиттерному переходу силового ключа 16. Форсируюпщй узел 10 выполнен на транзисторе 17, эмиттер которого, соединенный с анодом обратного диода 18, является первым силовым выводом форсирукнцего узла 10, коллекторный, резистор 19 Образует второй силовой вывод форсируклцего узла 10, а база подключена к катоду обратного диода 18 и к конденсатору 20 RC-цёпочки 21, являющейся упра зляющим входом.узла 10, резистор 22 .которой зашунтирован разрядным диодом 23. Устройство работает следующим образом. Цри замыкании транзисторного ключа источника управляющих импульсов 8 открывается ключевой элемент (транзистор) 6, что, в свс очередь, приводит к огпиранию транзистора 17 благодаря падению напряжения на резисторе 13, причем длительность проводящего состояния транзистора 17 определяется параметрами конденсатора 20 и резистора 22 RC -цепочки 21 и выбирается по величине большей, чем время рассасывания носителей в базе силового ключа 16. При этом через диод 15 и первичную обмотку трансформатора управления 9 протекает Ток, величина которого зависит от величины сопротивления резистора 19 и должна быть достаточной для быстрого запирания силового ключа 16. Величина напряжения (U « фяг. 2) на первичной обмотке трансформатора управле1шя 9 в данный момент близка к напряжению источника смещения 5, что достигается выбором величины согфотивления резистора 19 много меньшей величины сопротивления резистора 7. Транзисторный ключ 4 надежно закрыт напряжением открытого диода 15. На вторичной обмотке трансформатора управления 9 индуцируется напряжение (, 2), являющееся запираю(цим для силового транзисторного ключа 16, причем скорость его нарастания, величина и малая индуктивность рассеяния обмоток трансформатора 9 определяют высокую скорость нарастания и величину (в пределах допустимого для данного типа транзистора) обратного базового тока ( , фиг. 2), т.е его форсирование, что ведет к быстро му рассасьшанию носителей из области базы силового транзисторного ключа 16 и значительному уменьшению времени его переключения из области насыщения в область отсечки. По окон чании заряда конденсатора 20 тран- . зистор 17 закрывается, напряжение на первичной и вторичной (U neoft 9etop/ фиг. 2) обмотках трансформатора управления 9 уменьшается оставаясь запиракящ м для силового транзисторного ключа 16. При размыкании транзисторного ключа источника управляющих 8 ключевой элемент 6 закрывается, ток через диод 15 прерывается, что приводит к отпиранию транзисторного ключа 4 током базового резистора 3. Причем конденсатор 12, заряженный до напряжения прямосмещенного диода 11, начинает разряжаться через резистор 14 1 36 на база-эмиттерный переход ключевого элемента 6, что способствует увеличению скорости его переключения и надежному запиранию. От источника питания 1 через резистор 2 и открытый транзисторный ключ 4 протекает ток первичной обмотки трансформатора управления 9, который индуцирует во вторичной обмотке ток ( З .1 фиг. 2), являющийся отпирающим для силового транзисторного ключа 16, причем запас по индукции, созданный предварительным замагничиванием сердечника в предыдущем полупериоде, обеспечивает горизонтальность полки импульса базового тока силового транзисторного ключа 16 при минимальной индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. В это же время конденсатор 20 форсирующего узла 10 разряжается через диоды18, 23 и ре- зистор 13, обеспечивая подготовку форсирующего узла 10 к следующему включению. Таким образом, в результате уменьшения времени выключения силовых транзисторных ключей снижаются коммутационные потери в транзисторах, что повышает надежность их работы.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответственно .к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для tIoдкпючeния нагрузки, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемейта, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь и повьпиения надежности, оно снабжено форсируницим узлом и двумя дополнительными резисторами, вклю- ченными последовательно между вторым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента, второй силовой электрод которого через первый диод, зашунтированный конденсатором, подключен к точке соединения дополнительных резисторов и к управляющему входу форсирукнцего узла, первьйсиловой выi . вод которого подключен к второму выводу источника смещения, авторой силовой вывод - к точке присоединения резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к аноду второго диода. 2.. Устройство по 1. отличающееся тем, что форсирующий узел выполнен на транзисторе, эмиттер и коллекторный резистор кото рого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная RC-цепочка, включенная в цепь базы СП ОЭ транзистора, - управляющий вход форсируницего узла, причем база-э.миттерный переход транзистора защунтирован обратным диодом, а резистор RC -цепочки - разрядным диодом.

1 .

9$т

ntfa

(Put. г