Устройство для управления силовым транзисторным ключом Советский патент 1988 года по МПК H02M1/08 

(Л

ел

оо сд

со

N)

ториш о ключа А, Оазо-эмиттернын переход которого зашунтирован обратным диодом 5, Для уменьшения времени рассасывания носителей в области базы силового транзисторного ключа 7 используется форсирующий ключ, время работы которого задается времязлдаю- щей цепью 19. При включении ключа транзистора 11 паузы через резисторы 12 начинает протекать ток. Падение тока является отпирающим для форсирующего ключа 15, По окончании управляющего импульса времязадающей цепи 19 форсирующий ключ 15 закрывается и резистор ограничивает ток через коллектор транзистора 11 паузы. Форсрующий ключ 2.3 обеспечивает форсиропа}ше тока базы силового транзистора ключа 7 при включении транзисторного ключа 4, Дпитачьность форсированного импульса опредепяется параметрами времязадающей цепи 19, Необходимый уровень базового тока на интервале включенного состояния силового транзисторного ключа 7 задается трансформатором 31 тока, втори - ная обмотка которого включена между обшей щиной питания и коллектором транзисторного ключа через развязываюи1иГ1 диод. В результате за счет уменьщения фронта включения силового транзисторного ключа, а также за счет уменьщения тока через элементы устройства уменьшаются потери мощности в устройстве. 2 ил.

Изобретение может быть использо-. вано в транзисторных преобразователях напряжения и тока, позволяет уменьшить потери мощности. Устройство со- дер;кит транзисторньш ключ 4, транзистор 11 паузы, которые управляют с помощью трансформатора 6 управления работой силового транзисторного ключа 7. Коллектор транзистора паузы через резистор 12 соединен с базой транзис

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, может быть использовано в качестве усилителей мощности для управления силовыми транзистор нь1ьш ключами в преобразователях на- пряжения и тока и является усоверщен- ствованием устройства по авт. ев, № 1288840,

Цель изобретения - уменьшение потерь мощности,

На фиг, 1 предстаапена принципиальная схема устройства для управления силовым транзисторным ключом; на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюст- рирую1цие работу устройства,

Устройство содержит источник 1 питания, подключенный положительным выводом через резисторы 2 и 3 к коллектору и базе транзисторного ключа 4, базоэмиттерный переход которого за- шунтирован прямосмещенным диодом 5, Транзисторный ключ 4, соединенный эмиттером с началом первичной обмотки трансформатора 6 управления, открывает силовой транзисторньш ключ 7. Устройство содержит также источник В смещения, к отрицательному выводу которого подключен катодом диод 9, защун- тированный конденсатором 10. Диод 9 и конденсатор 10 предназначены для уменьшения времени запирания транзистора 11 паузы, коллектор которого

через резистор 12 соединен с базой транзисторного ключа 4,

Транзистор 11 паузы запирает силовой транзисторый ключ 7, Работой устройства управляет источник 13 управляющих импульсов, одним выводом соединенный через обпую шину питания источников 1 и 8 с концом первичной обмотки трансформатора 6 управления, а другим выводом подключенный непосредственно к базе транзистора 11 паузы и через резистор 14 - к катоду диода 9, Эмиттер транзистора 11 паузы соединен через прямосмещенный диод 9 с источником 8 смещения. Для уменьшения времени рассасывания носителей в области базы силового транзисторного ключа 7 используется форсирующий ключ 15, соединенный эмиттером с катодом диода 5 и катодом диода 16, шунтирующим переход база-эмиттер форсирующего ключа 15, Время работы ключа 15 определяется параметрами последовательно включенных в его базовую цепь резистора 17 и конденсатора 18, образующих времязадающую цепь 19,

1ля уменьщения времени разряда конденсатора 18 в нерабочий период резистор 17 защунтирован обратным диодом 20, анод которого подкпючен к коллектору транзистора 11 паучы. Резистор 21 задает ток запнраяня форсирую314

щего ключа 15 после окончания управляющего импульса времязадающей цепи 19. Чтобы ограничить бросок тока через форсирующий ключ 15, его коллектор подключен к отрицательному вьгао- ду источника 8 смещения через резистор 22. Форсирующий ключ 23 подключен эмиттером к положительному выводу источника 1 питания, а через резистор 24, ограничивающий бросок тока через форсирующий ключ 23, - к аноду диода 5.

Резистор 25 и диод 26 шунтируют базоэмиттерный переход форсирующего ключа 23. ,Пиод 26 анодом подключен к базе форсирующего ключа 23. Время работы ключа 23 определяется параметрами последовательно включенных в его базовую цепь резистора 27 и конденсатора 28, образующих времязадающую цепь 29. Для уменьшения времени разряда конденсатора 28 резистор 27 за- шунтирован обратным диодом 30, анод которого подключен к коллектору транзисторного ключа А, Первичная обмотка трансформатора 31 тока включена в коллекторную цепь силового транзисторного ключа 7, а вторичная обмотка подключена концом к общей шине питания источников 1 и 8, а началом - к аноду диода 32, катодом подключенного к коллектору транзисторного ключа 4.

На фиг. 2 обозначены напряжение 33 на первичной обмотке транс- форматора 6 управления, ток 34 базы силового транизсторного ключа 7.

Устройство работает следующим образом.

Замыкание транзистора источника 13 управляющих импульсов приводит к отпиранию транзистора 11 паузы.Через первичную обмотку трансформатора 6 управления, диод 5 и резистор 12 начинает протекать ток, что приводит к включению форсирующего ключа 15, причем длительность его проводящего состояния определяется параметрами конденсатора 18 и резистора 17 времязадающей цепи 19 и выбирается большей, чем время рассасывания носителей в базе силового транзисторного ключа 7. При этом через диод 5 и первичную обмотку трансформатора 6 управления протекает ток, величина которого зависит от величины сопротивле1шя реэис тора 22 и должна быть достаточной для быстрого запирания силового ключа 7. Напряжение на первичной обмотке транс59

форматора 6 (33, фиг. 2) управления в данный момент примерно равно напряжению источника 8 смещения, что достигается выбором сопротивления резистора 22 много меньшей величины сопротивления резистора 12. Транзисторный ключ 4 надежно закрыт напряжением открытого диода 5.

На вторичной обмотке трансформатора 6 управления индуцируется напряжение, являющееся запирающим для силового транзсторного ключа 7, причем скорость его нарастания, величина

и малая индуктивность рассеяния обмоток трансформатора 6 управления определяют высокую скорость нарастания и величину (в пределах допустимого для данного типа транзистора) обратного

базового тока 34, (фиг. 2), т.е. его форсирование, что ведет к быстрому рассасыванию носителей из области базы силового транзисторного ключа и уменьшению времени его переключения

из области насыщения в область отсечки .

По окончании заряда конденсатора 18 форсирующий ключ 15 закрывается, напряжение на первичной и вторичной

обмотках (33, фиг. 2) трансформатора 6 управления уменьшается, оставаясь запирающим для силового транзисторного ключа 7, а ток через резистор 12 и транзистор 11 паузы увеличивается, так как магнитопровод трансформатора 6 управления начинает насыщаться, пои этом напряжение на эмиттере транзистора 11 паузы остается постоянным и равно напряжению источника 8 смещения. При размьжании транзисторного

ключа источника 13 управляющих импульсов транзистор 11 паузы закрывается, ток через диод 5 прерьшается, что приводит к отпиранию транзисторного ключа 4 током резистора 3, причем напряжение на конденсаторе 10, заряженном до напряжения прямосмещенного диода 9, способствует быстрому запиранию транзистора 11 паузы через резистор

1А.

При открывании транзисторного ключа 4 через резистор 2 и первичную обмотку трансформатора 6 управления начинает протекать ток, создавая падение напряжения на резисторе 2, что приводит к включению форсирующего ключа 23, причем длительность его проводящего состояния опрелеляется параметрами конденсатора 28 и резистора 27 времязадающей цепи 29. Через первичную обмотку трансформатора 6 управления протекает ток, величина которого определяется сопротивлением резистора 24 и должна быть достаточной для быстрого отпирания силового транзисторного ключа 7. Напряжение на первичной обмотке трансформатора 6 управления (33, фиг. 2) в данный момент примерно равно напряжению источника 1 питания, так как величина сопротивления резистора 24 много мен ше величины сопротивления резистора 2.

При включении силового транзисторного ключа 7 по первичной обмотке трансформатора 31 тока начинает протекать ток. Ток вторичной обмотки трансформатора 31 тока через диод 32 и открытый транзисторный ключ 4 протекает через первичную обмотку трансформатора 6 управления, обеспечивая величину базового тока силовог транзисторного ключа 7, необходимую дпя насыщения открытого силового тразисторного ключа 7 для данного тока коллектора. В то же время конденсато 18 времязадающей цепи 19 разряжается через диоды 16 и 20 и резистор 12, обеспечивая подготоку форсирующего ключа 15 к следующему включению. При очередном включении тразисторного ключа 4 конденсатор 28 разряжается через диоды 26 и 30 и резистор 2, обеспечивая подготовку форсирующего ключа 23 к следующему включению.

Изобретение позволяет уменьшить потери мощности в устройстве для управления силовым транзисторным ключом как за счет снижения коммутационных потерь в силовом транзисторном

ключе, так и за счет снижения потерь мощности на элементах устройства. Все это при использовании устройства в различных типах преобразователей, работающих с повышенной частотой, ведет к повышению КПД преобразователей в целом.

Формула изобретения

Устройство дпя управления силовым транзисторным ключом по авт. св. (f 1288840, отличающееся

тем, что, с целью уменьшения потерь мощности, введены второй форсирующий ключ, три дополнительных резистора, три дополнительных диода, дополнительный конденсатор и трансформатор тока,

причем эмиттер второго форсирующего ключа соединен с положительным полюсом источника питания, коллектор через первый дополнительный резистор - с эмиттером транзисторного ключа,

базоэмиттерный переход второго форсирующего ключа зашунтирован параллельно соединенными вторым дополнительным резистором и первым дополнительным диодом, анод которого подключен

к базе второго форсирующего ключа, которая через последовательно соединенные дополнительный ковденсатор и третий дополнительный резистор, за- шунтированный вторым дополнительным диодом, подключена к коллектору транзисторного ключа, первичная обмотка трансформатора тока предназначена для подключения к коллектору силового транзисторного ключа, вторичная обмотка одним вьшодом через третий дополнительньш диод подключена « коллектору транзисторного ключа, а другим вьшодом - к отрицательному полюсу источника питания.

Фиг. 2