Устройство для управления силовым транзисторным ключом Советский патент 1985 года по МПК H03K17/60 

1 Изобретение относится к импульсн технике, в частности к технике преобразования электроэнергии, и может быть использовано в источниках вторичного электропитания, электроприводе и др. Известно устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее два управляющих транзистора, четырехобмоточный трансформатор тока, включенный в цепь силового транзистора и диоды Cl J. Недостатками его являются малая относительная длительность включенного состояния силового транзистоpa и невысокая надежность. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее два управляющих транзистора, эмиттер первого из которых соединен с зяиттером второго управляющего, транзистора, с анодом первого диода и с пер вой шиной источника питания, база с вход1|ой управляющей шинрй, коллектор - с первым выводом первой обмотки трансформатора тока, второй вьгоод которой соединен с первым выводом второй обмотки и трансформатора тока и через последовательно соединенные второй диод и,первый резистор подключен к второй шине источника питания, второй вывод второй обмотки трансформатора тока соединен с катодом первого диода, третья обмотка трансформатора тока соединена с шинами управления силовым транзисторным ключом, в выходную цепь которого включена четвертая обмотка трансформатора тока, и третий диод, пятая обмотка через после5;овательно соединенные второй управляющий транзистор и третий диод подключена к дополнительному источнику питания 2 Недостатками известного устройств являются низкая надежность и относительно невысокие функциональные возможности, так как для снижения времени спада коллекторного тока силово го транзисторного ключа необходимо после окончания процесса рассасывания на управляющем переходе формировать запирающее напряжение с достаточной амплитудой и с высокой крутизной фронтов. Однако этому препятствует подключение первой обмотки трансформатора тока к источнику питания через резистор, поэтому спад 3 тока силового ключа затягивается и надежность устройства снижается. Кроме того, падение напряжения на резисторе уменьшает напряжение на первой обмотки трансформатора, что приводит к увеличению длительности размагничивания его сердечника и ограничению максимальной величины коэффициента заполнения. Применение дополйительного источника питания, большое число обмоток трансформатора тока, необходимость использования двухполярного управляющего напряжения усложняют устройство, что ведет к понижению надежности. Цель изобретения - повьш1ение надежности и расширение функциональных возможностей. Для этого в устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее два управляющих транзистора, эмиттер первого из которьк соединен с эмиттером второго управляющего транзистора, с анодом первого диода и с первой шиной источника питания, база - с входной управляющей шиной, коллектор - с первым выводом первой обмотки трансформатора тока, второй вывод которой соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора тока и через последовательно соединенные второй диод и первый резистор подключен к второй шине источника питания, второй вывод второй обмотки трансформатора тока соединен с катодом первого диода, третья обмотка трансформатора тока соединена с шинами управления силовым транзисторным ключом, в выходную цепь которого включена четвертая обмотка трансформатора тока, и третий диод, введены дополнительный транзистор, два токоограничивающих двухполюсника и дополнительный резистор, причем коллекторно-эмиттерный п ереход дополнительного транзистора подключен параллельно первому резистору, а базой через первый токоограничивающий двухполюсник соединен с катодом первого диода, вторым выводом второй обмотки трансформатора тока и коллектором второго транзистора, база которого через второй токоограничивающий двухполюсник соединена с первым выводом дополнительного резистора и анодом третьего диода, катод которого соединен с коллектором первого транзистора, а второй вывод дополнительного резистора соединен с второй шиной источника пита ния. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства. Устройство содержит управляющие транзисторы 1 и 2, дополнительный транзистор 3, четырехобмоточный трансформатор 4 тока с первой 5, вто рой 6, третьей 7 и четвертой 8 обмотками, ток6ограничиваю1цие двухполю ники 9 и 10, диоды 11-13, резисторы 14 и 15, первая и вторая шины 16 и 17 источника питания и силовой транзисторный ключ18. Сердечник трансформатора + тока целесообразно изготавливать из материала с прямоугольной петлеь гистерезиса. В качестве таких материалов можно использовать холоднокатаные электротехнические стали, пермаллой и отдельные марки ферритов. Обмотки 5 и 6 соединены последовательно и подключены к коллекторам управляквцих транзисторов 1 и 2, а общая точка этих обмоток через диод 1 1 и резистор 14 соединена с шино 17источника питания. Параллельно управляющему транзистору 2 подключен диод 12 и к точке соединения его с коллектором подсоединен один из выводов токоограничивакицего двухполюсника 9, второй вывод которого подключен к базе транзистора 3, шунтирующего резистор 14. База транзистора 2 через токоограничивакнций двух-т полюсник 10 соединена с шиной 17 источн1 ка питания. через резистор 15 и с коллектором транзистора 1 - через диод 13. Обмотка 7 трансформатора 4 тока подключена к управлякяцим шинам силового транзистора ключа 18, а обмотка 8 - последовательно с нагруз кой, причем эти обмотки образуют цепь токовой положительной обратной связи. База транзистора 1 соединена с входной управляющей шиной 19. Устройство работает следующим образом . В исходном состоянии транзистор открыт, а транзисторы 2 и 3 закрыты, при зтом в обмотке 5 трансформатора 4 тока протекает размагничивакгщий ток и силовой транзисторный ключ 18закрыт. Для включения .силового транзисторного ключа 18 на базу транзистора с шины 19 подается запирающее напряжение. Коллекторный ток транзистора 1 спадает до нуля и диод 13 закрывается, при этом возникает отпирающий ток в депи базы транзистора 2 и он переходит в режим насьоцения. Его коллекторный ток трансформируется из обмотки 6 в обмотку 7 и совместно с током намагничивания вызывает отпирание силового транзисториого ключа 18. Под действием токовой полоасительной обратной связи развивается регенеративный процесс, который приводит к насыщению силового транзисторного ключа 18. В дальнейшем силовой транзисторный ключ I8 поддерживается в насьш(енном состоянии током обратной связи и небольшим током, трансформируемым из обмотки 6, величина которого ограничена резистором 14. Запирание силово1ч транзисторного ключа 18 производится подачей отпирающего напряжения на транзистор 1, который переводит его в насьш;ерное состояние. При этом диод 13 открывается и транзистор 2 запирается. В насыщенном состоянии силового транзисторного ключа 18 напряжение на обмотке 7 равно падению напряжения на база-эмиттерном переходе и трансформированное в обмотай 5 и 6 является отпирающим для диода 12. Отпирание транзистора I и диода 12 приводит к закорачиванию обмоток 5 и 6 и сниженгао напряжения на обмотке 7, что вызывает запирание силового транзисторного ключа 18. На этапе рассасывания силового транзисторного ключа 18 ток,протекаки11ий по обмотке 8, трансформируется в обмотки 5 и 6 и поддерживает диод 12 в открытом состоянии. После спада ток-а силового транзисторного ключа 18 диод I2 закрывается и напряжение на обмотках 5 и 6 меняет свою полярность на противоположную, которая является отпиракицей для транзистора 3. Благодаря выбраиной полярности включения обмоток 5 и 6 транзистор 3 открывается лавинообразно и шунтируется резистор 14, при этом к обмотке 5 прикладывается напряжение источника питания. Под действием этого напряжения происходит размагничивание сердечника трансформатора тока и на обмотке 7 скачкообразно устанавливается НЯ1 ряжение, надежно запирающее сшовой транзисторный ключ IP. В конце этапа размагничивания сердечника напряжение на обмотках 5 и 6 уменьшается н транзистор 3 запирается.

После этого сердечник поддерживается в размагниченном состоянии током, протекакнцим через резистор 14.

В результате введения дополнительного транзистора из цепи размагничивания сердечника исключается резистор, что позволяет существенно уменьшить время восстановления транс юрматора и тем самым увеличить диапазон изменения относительной дпительности выходных импульсов. Эт увеличивает функциональные возможности предложенного устройства и расширяет «область его применения.

Предпоженное устройство имеет повышенную надежность, так как зчпирающее напряжение для силового ключа формируется с более высокими крутизной фронта и амплитудой, чем в известном,не требует дополнительного источиика питания и имбет более простую конструкцию трашсформатора за счет исключения одной из обмоток.

В качестве материала сердечника траисформатора тока могут использоваться ферриты с непрямоугольной петлей гистерезиса, но их применение потребует более тщательного расчета токоограничивающего двухполюсника в цепи базы дополнительного транзистора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее два управляющих транзистора, эмиттер первого иэ которых соединен с эмиттером второго управляющего транзистора, с анодом первого ,диода и с первой шиной источника питания, база - с входной управляющей йшной, коллектор - с первым выводом первой обмотки трансформатора тока, второй вывод которой соединен с первым выводом второй обмотки трансформатора тока и через последовательно соединенные второй диод и первый резистор подключен к второй шине источника питания, второй вывод второй обмотки трансформатора тока соединен с катодом первого диода, третья обмотка трансформатора тока соединена с шинами управления силовым транзисторным ключом, в выходную цепь которого включена четвертая обмотка трансформатора тока, и третий диод, отличающее ся тем, что, с целью повышения его садежности и расширения функциональных возможностей, в устройство введены дополнительный транзи.стор, два токоограничивающих двухполюсника и дополнительный резистор, причем коллекторноi эмиттерный переход дополнительного транзистора подключен параллельно первому резистору, а базой через пер.вь1й токоограничивающий двухполюсник соединен с катодом первого диода, вторым выводом второй обмотки транрформатора тока и коллектором второго транзистора, база которого через второй токоограничивающий двухполюсник соединена с первым вьюодом дополни00 тельного резистора и анодом третье00 го диода, катод которого соединен с о коллектором первого транзистора, а О) второй вывод дополнительного резистора соединен с второй шиной ис точОС ника питания.