Устройство для управления силовым транзисторным ключом Советский патент 1987 года по МПК H02M1/08 

ется и по обмотке 5 протекает ток намагничивания, замыкающий диоды 16 и 17. Напряжение на транзисторе 9 равно нулю и транзистор 13 закрыт. После смены направления ток намагничивания протекает через транзисторы 9 и 7. Напряжение питания приложено к обмотке 5, перемагничивая магнитопровод трансформатора 2. По

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ключевых регулируемых усилителях мощности, преобразователях постоянного напряжения.

Целью изобретения являются упрощение устройства и уменьшение габаритов трансформатора тока, путем увеличения диапазона изменения индукции магнитопровода.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - петля гистерезиса магнитопровода трансформатора тока.

Устройство для управления силовым транзисторным ключом 1 содержит трансформатор 2 тока, первичная обмотка 3 которого включена последовательно с транзисторным ключом 1, вторичная обмотка 4 подключена к его управляющему переходу, а управляющая обмотка 5 одним выводом соединена с общей клеммой 6 питания через первый управляющий транзистор 7, а вторым выводом подключена к второй клемме 8 питания через второй управляющий транзистор 9, в цепь эмиттера которого включен резистор 10. Замыкающий диод 11 подключен между общей клеммой 6 питания и вторым выводом управляющей обмотки 5. Первый резистивный делитель 12 средним и первым крайним выводами подключен к управляющему переходу третьего управляющего транзистора 13, а вторым крайним выводом подключен через стабилитрон 14 к второму выводу управляющей обмотки 5. Второй резистивный делитель 15 подключен к клеммам 6 и 8 питания, при этом средний вывод делителя 15

окончании перемагничивания транзистор 9 переходит в режим стабилизации тока, напряжение на нем возрастает, что приводит к пробою стабилитрона 14 транзистора 13. В результате транзистор 9 закрывается и ток намагничивания замыкается через транзистор 7, диод 11 и обмотку 5 до конца паузы. 2 ил.

и коллектор транзистора 13 подключены к базе второго транзистора 9, а эмиттер транзистора 13 соединен с клеммой 8 питания. Первый управляго- щий транзистор 7 зашунтирован диодом 16, а диод 17 подключен между вторым выводом управляющей обмотки 5 и клеммой 8 питания. Управляющий переход транзистора 13 зашунтирован конденсатором 18.

Устройство работает следующим образом.

В интервалах времени, когда под действием нулевого значения управляющего напряжения и,,, транзистор 7 закрыт, силовой транзисторный ключ 1 .находится в насыщенном состоянии под действием тока, трансформируемого из первичной 3 во вторичную 4 обмотки трансфор1матора 2 тока. Рабочая точка по петле гистерезиса магнитопровода (фиг. 2) перемещается по кривой а-Ъ-с. Транзистор 9 открыт - напряжением, снимаемым с делителя . 15, а транзистор 13 закрыт, так как его базовая цепь обесточена закрытым транзистором 7.С -появлением положительного им„ пульса напряжения Uunn транзистор 7 0 I . -

отпирается, образуя короткозамкнутый контур; диод 11 - обмотка 5 - транзистор 7. Ток из первичной обмотки 3 начинает трансформироваться в обмотку 5, Кроме того, под действием ЭДС носителей заряда ток базы транзистора 1 изменяет направление. В результате через обмотку 5 протекает ток

0

5

40

г.,-1Л;.

где I - ток нагрузки, протекающий через транзисторный ключ 1;

If - ток рассасывания носителей б.р

заряда из базы транзисторного ключа 1; ст ток, протекающий от источника питания через транзистор 9, задаваемый резисторами делителя 15 и резистора 10 I - ток намагничивания транс-

форматора 2; WjW.Wj- числа витков обмоток 3-5

Напряжение питания приложено к транзистору 9, но транзистор 13 закрыт из-за задержки, вносимой кон- денсатором 18.

По окончании процесса рассасывания носителей заряда транзисторный ключ 1 закрывается и по обмотке 5 протекает только ток намагничивания I/J/, который замыкается через источник питания (клеммы 6 и 8), диоды 16 и 17, отдавая в источник энергию накопленную в трансформаторе 2. Напряжение на транзисторе 9 на этом интервале времени равно нулю и транзистор 13 остается закрытым. Магни- топровод трансформатора 2 перемагни- чивается под действием напряжения питания (кривая c-d на фиг. 2).

После смены направления ток намагничивания Ijy начинает протекать через транзисторы 9 и 7. Пока ток намагничивания мал по величине, падение напряжения на резисторе 10 меньше напряжения, задаваемого делителем 15, и транзистор 9 остается в насыщенном состоянии. Напряжение питания почти полностью приложено к обмотке 5, перемагничивая магни- топровод 2 по кривой d-e-a (фиг. 2)

По окончании перемагничивания то намагничивания резко возрастает и суммарное падение напряжения на ре- зисторе 10 и управляющем переходе транзистора 9 достигает напряжения, определяемого делителем 15. Транзистор 9 переходит в режим стабилизации тока и напряжение на нем воз- растает, что приводит к пробою стабилитрона 14 и отпиранию транзистора 13, шунтирующего верхнее плечо делителя 15. В результате транзистор 9 закрывается и ток намагничи- вания замь1кается через транзистор 7 диод 11 и обмотку 5 до конца паузы.

При запирании транзистора 7 ток намагничивания 1щ переключается в

-5

0

л

5

0

обмотку 4, что приводит к лавинообразному отпиранию транзисторного ключа 1. Кроме Toroj происходит запирание транзистора 13, отпирание транзистора 9 и разряд конденсатора 18. Далее процессы в схеме повторяются.

Если длительность открытого состояния ключа 1 такова, что гарантировано изменение индукции магнито- провода выше значения Бг, т.е. рабочая точка, перемещаясь от точки а пройдет в точку b (фиг. 2), то конденсатор 18 можно не применять. В этом случае при отпирании транзистора 7 образуется короткозамкнутый контур на время рассасывания носителей заряда из транзисторного ключа 1, по аналогии с описанным. Кроме того, открывается транзистор 13, запирая транзистор 9, в результате чего ток через транзистор 7, описываемый выражением (1), уменьшится на величину 1 .

После окончания процесса рассасывания заряда из транзисторного ключа 1, диод 11 запирается. Под действием тока намагничивания, протекающего от начала к концу обмотки 5, отпираются диоды 16 и 17, что ведет к закрытию транзистора 13. Далее процессы в схеме протекают аналогично рассмотренным.

При отсутствии конденсатора 18 и малых значениях относительной длительности проводящего состояния ключа 1, когда рабочая точка, перемещаясь по петле гистерезиса от точки а, не доходит до точки Ь, ток намагничивания 1., не успевает изменить знак, т.е. направление протекания. Поэтому после очередного отпирания транзистора 7 и окончания процесса рассасывания носителей заряда из транзисторного ключа 1 диоды 16 и 17 не откроются и короткозамкнутый контур сохраняется.

Транзистор 13 остается открытым, а транзистор 9 - закрытым и процесс перемагничивания трансформатора 2 не происходит. При следующем запирании транзистора 7, энергии, запасенной в трансформаторе 2, будет недостаточно для отпирания ключа 1. Из изложенного следует, что конденсатор 18 позволяет поддерживать тран- транзистор 13 в закрытом состоянии на интервале времени рассасывания носитепей заряда из силового транзистора и тем самым расширить диапазон регулирования длительности проводящего состояния силового транзистора.

По сравнению с известным предлагаемое устройство имеет более простую электрическую схему, меньшие габариты трансформатора тока за счет большего диапазона изменения индукции магнитопровода и меньшее потребление тока от источника питания.

Фо рмула изобретения

Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее трансформатор тока, первичная обмотка которого предназначена для включения последовательно с силовым ключом, вторичная обмотка предназначена для подключения к его управляющему переходу, а управляющая обмотка первьш выводом соединена с общей клеммой питания через первый транзистор, а вторым выводом подключена к второй клемме питания через второй транзистор, в цепь эмиттера которо

го включен резистор, замыкающий диод, подключенный между общей клеммой питания и вторым выводом управляющей обмотки, первый резистивный делитель, средний и первый крайний выводы .которого подключены к управляющему переходу третьего транзистора, эмиттер которого соединен с второй клеммой питания, второй резистивный делитель, стабилитрон и первый диод, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и уменьшения габаритов трансформатора тока, оно снабжено вторьм 5 диодом, причем первый диод включен параллельно первому транзистору, второй диод подключен между вторым выводом управляющей обмотки и второй клеммой питания, второй вывод первого резистивного делителя подключен к второму выводу управляющей обмотки через стабилитрон, второй резистивный делитель подключен к клеммам питания, а его средний вывод и коллектор третьего транзистора подключены к базе второго транзистора.

0

5

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ключевых регулируемых усилителях мощности. Целью изобретения является упрощение и уменьшение габеТритов трансформатора тока путем увеличения диапазона изменения индукции магнитопровода. При положительном импульсе напряжения управления транзистор 7 отпирается, образуя коротко- замкнутый контур: диод 11 - обмотка 5 - транзистор 7. Ток из первичной обмотки 3 трансформируется в обмотку 5. Под действием ЭДС носителей заряда ток базы транзистора 1 изменяет направление. Напряжение питания приложено к транзистору 9, а транзистор 13 закрыт из-за задержки, вносимой конденсатором 18. По окончании процесса рассасывания носителей заряда транзисторный ключ 1 закрываi СЛ . Uynp

Составитель В. Бунаков Редактор Ю. Середа Техред Л.Сердюкова Корректор М.Демчик

Заказ 792/59 , Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А