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

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к схемам управления силовыми полупроводниковыми приборами, и может быть использовано для построения силовых транзисторных ключей потенциально иэолированнък от системы управления, например, для использования в статических преобразователях частоты.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение ладежности.

На фигi1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема селектора длительности импульсов; на фиг.З - схема формирователя узких импульсов при наличии управляющего сигнала и широких импульсов при его отсутствии;

1 элемента И-НЕ 20 соединен с входом R триггера 19, первый вход соединен с выходом инвертора 17, а его выход соединен с входом R триггера 19, неинвертирующий выход которого подклюна фиг,4 - временные диаграммы работы формирователя импульсов; на фиг.5-2о - первичной обмотке второго до- времеиные диаграммы работы селекто- полнительного трансформатора 8, а инвертирующий выход триггера 19 соединен с третьим входом первого элемента И-НЕ 18.

25 Формирователь 2 содержит второй одновибратор 21, выполненный на третьем 22 и четвертом 23 элементах И-НЕ, пятый элемент И-НЕ 24 и выходной транзистор 25, коллектор которо30

ра длительности импульсов.

Устройство (фиг,О состоит из генератора 1 прямоугольных импульсов, формирователя 2 узких импульсов при наличии управляющего сигнала и щиро- ких импульсов при его отсутствии, первый вход которого, соединен с выходом генератора 1, второй вход соединен с шиной.3 сигнала управления, а выход соединен с первичной,обмоткой основного трансформатора 4, вторичные обмотки которого соединены с входом управляемого выпрямителя 5 и с входами селектора 6 длительности импульсов. Управляющие входы управляемого выпрямителя 5 соединены с вторичными обмотками дополнительных трансформаторов 7 и 8, а выход управляемого вьтрямителя 5 предназначен для подключения к входу силового транзистора 9. Выходы селектора 6 длительности импульсов подключены к первичным обмоткам дополнительных трансформаторов 7 и 8, Управляемый вьтрямитель 5 образован первым 10, вторым 11, третьим 12 и четвертым 13 тиристорами, соединенными в два ти- ристорных ключа.

35

го соединен с первичной обмоткой основного трансформатора 4. Вторые входы третьего и четвертого элементов И-НЕ 22 и 23 соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов 1 и шиной 3 сигнала управления соответственно.

Первый вход пятого элемента И-НЕ 24 соединен с выходом генератора 1, его второй вход соединен с выходом второго одновибратора 21, а выход соединен с входом выходного транзистора 25.

Устройство работает следующим образом.

На шину 3 сигнала управления (фиг.4) поступает сигнал 26, а с выхода генератора i прямоугольных импульсов на вход формирователя 2 поступают j прямоугольнь е импульсы 27,

40

имеющие длительность , , При уровУстройство также содержит после довательно соединенные выпрямитель 14 и ф11пьтр 15, Выход фильтра 15 соединен с выводами питания селектора 6 длительности импульсов с первичными

- 50

не сигнала 26, равном логическому А что соответствует сигналу на

О

выключение стшового транзистора 9, выходное напряжение 28 второго одно- вибратора 21 имеет постоянный урообмотками дополнительных трансформа- - S вень логической 1 и выхопной транторов 7 и 8, а вход BI/фямителя 14зистор 25 ф трмировя геля 2 переключасоединея с второй вторичной обмяткой

ocHOBHoi o трансфор( 1атора 4.

ется 1-гмпульсами 29 длительностью ,. При поступлении сигнала на включение

Селектор длительности импульсов (фиг.2) содержит первый одновибратор 16, выход которого соединен с входом инвертора 17 и первым входом первого элемента И-НЕ 16, выход которого подключен к первичной обмотке первого дополнительного трансформатора 7. Вход первого одновибратора 16 являетQ ся входом блока 6 и соединен с первой вторичной обмоткой основного трансформатора 4, с вторьпи входом первого элемента И-НЕ 18 и с входом R триггера 19. Второй вход второго

элемента И-НЕ 20 соединен с входом R триггера 19, первый вход соединен с выходом инвертора 17, а его выход соединен с входом R триггера 19, неинвертирующий выход которого подклюо - первичной обмотке второго до- полнительного трансформатора 8, а инвертирующий выход триггера 19 соединен с третьим входом первого элемента И-НЕ 18.

0

5

го соединен с первичной обмоткой основного трансформатора 4. Вторые входы третьего и четвертого элементов И-НЕ 22 и 23 соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов 1 и шиной 3 сигнала управления соответственно.

Первый вход пятого элемента И-НЕ 24 соединен с выходом генератора 1, его второй вход соединен с выходом второго одновибратора 21, а выход соединен с входом выходного транзистора 25.

Устройство работает следующим образом.

На шину 3 сигнала управления (фиг.4) поступает сигнал 26, а с выхода генератора i прямоугольных импульсов на вход формирователя 2 поступают j прямоугольнь е импульсы 27,

0

50

имеющие длительность , , При уров1

не сигнала 26, равном логическому А что соответствует сигналу на

О

зистор 25 ф трмировя геля 2 переключается 1-гмпульсами 29 длительностью ,.. При поступлении сигнала на включение

силового трангшстора 9 длительность выходных импульсов 30 формирователя 2 меняется. В этом случае на шине 3 сигнала управления присутствует на-

пряжение 26, имеющее уровень логической 1, второй одновибратор 21 формирует длинные отрицательные импульсы 29, которые после суммирования на пятом элементе И-НЕ 24 с импульсами 27 генератора 1 определяют длительность v выходных импульсов 29 формирователя 2.

Работа селектора 6 длительности импульсов основана на сравнении длительности f импульсов 29 и входных импульсов 30 постоянной длительности : вырабатываемых первым одновибратором 16. При выполнении условия Г г 2 Г, на выходе второго элемента И-НЕ 20 появляются отрицательные импульсы 31, переключающие т риггер, при этом на вторичной обмотке дополнительного трансформатора 8 формируются импульсы 32 управ- ления. Импульсы 33 управления формируются на вторичной обмотке дополнительной трансформатора 8 при обратном переключении триггера 19 входными импульсами 29,

При выполнении условия i ,,i/C fj выходное напряжение 34 триггера 19 равно нулю, а выходное напряжение 35 первого элемента И-НЕ 18 повторяет форму входных импульсов 29. При этом на вторичных обмотках дополнительного трансформатора 7 формируются импульсы 36 и 37 управления.

Выходные импульсы 29 длительность i , или L1 формирователя 2 трансфор- мируются основным трансформатором 4 в последовательность положительных и отрицательных импульсов, поступающих на вход управляемого выпрямителя 5. На управляющие входы пар тиристоров 10, 12 и 11, 13 через дополнительные трансформаторы 7 и 8 поступают импульсы 34-37 управления, сформированные селектором 6 длительности импульсов. Полярность постоянного напряже- ния 38 на выходе упракпяемого выпрямителя 5 определяется состоянием пар тиристоров 10, 12 и 11, 13.

Если импульсы 29 имеют длительность 1. , то селектор 6 длительно- сти импульсов вьфабатывает импульсы 36 и 37 управления, поступаюгоге на управляющие входы тиристоров 10 и 12 Тогда выходное напряжение 38 управляечг1го пмпрямителя 5 имеет положительную полярность и силово)1 транпис- тор 9 открыт. При длительности импульсов 29, равной , , 6 длительности импульсов формирует импульсы 34 и 35 управления, поступающие на управляющие входы тиристоров 11 и 13. Выходное напряжение 38 управляемого выпрямителя 5 имеет отрицательную полярность, что обеспечивает надежное запирание силового транзистора 9.

Питание элементов блока 6 осуществляется путем выпрямления и фильтрации выпрямителем 14 и фильтром 15 переменного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки основно-го трансформатора 4, и, таким образом, исключается необходимость в испо.льзовании дополнительного потенциально изолиро - ванного источника питания, что повышает надежность устройства.

Повьпиение надежности устройства достигается и за счет того, что потенциальная развязка шины 3 сигнала управления от высокого потенциала силового транзистора 9 и его нагрузки осуществляется всего лишь одним основным трансформатором 4, а дополнительные трансформаторы 7 и 8 используются только для исключения взаимовлияния тиристоров 10-13 управляемого выпрямителя 5. Разность потенциалов на обмотках дополнительных трансформаторов 7 и 8 определяется низким напряжением эмиттер-база силового транзистора 9, что позволяет снизить требования к качеству изоляции обмоток и, таким образом, упростить конструкцию дополнительных трансформаторов, и повысить надежность устройства в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее генератор прямоугольных импуль-- сев, основной трансформатор,управляемый выпрямитель, входы которого соединены с одними выводами вторичных обмоток основного трансформатора, дргие выводы которых объединены и предназначены для соединения с эмиттером транзистора ключа, выход выпрямителя пред)1азначен для подключения к базе транзистора ключа, и дпа пополнительных трансформатора, вторимные обмотки которых соединены с управляющими нходами управляемого выпрямителя, отличающееся тем, что, с целью повьШ1ения надежности и упрощения конструкции, введены формирователь узких импульсов при наличии управляющего сигнала и широких импульсов при его отсутствии, селектор длительности импульсов и последовательно соединенные выпрямитель и фильтр, причем вход селектора длительности импульсов соединен с выводами одной из вторичных обмоток основного трансформатора, выход широких импульсов селектора длительности импульсов соединен с первичной обмоткой первого дополнительного трансформатора, а выход узких импульсов - с первичной обмоткой второго дополнительного трансформатора, вход выпрямителя соединен с выводами одной из обмоток основного трансформатора, вход формирователя узких импульсов при наличии управляющего сигнала и широких импульсов при его отсутствии соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выход соединен с первичной обмоткой основного трансформатора, а выход фильтра подключен к входу питания селектора длительноI8R6S6

с:ти импульсов и к пе.рвичшлм cifiMorKaM дополнител ных трансформаторов.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что формирователь узких импульсов при наличии управляющего сигнала и широких импульсов при его отсутствии содержит первый элемент 2И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом генератора прямо- угольных импульсов, дифференцирующую RC-цепочку, вход которой соединен с выходом первого элемента 2И-НЕ, второй элемент 2И-НЕ, первый вход которого подк.пючен к выходу дифференцирующей RC-цепочки, второй вход является управляющим входом, формирователя узких импульсов при наличии управляющего сигнала и широких импульсов при его отсутствии, выход соединен с вторым входом первого элемента 2И-НЕ, третий элемент 2И-НЕ, первый вход которого соединен с выхо- дом второго элемента 2И-НЕ, второй вход соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выходной транзистор, база которого соединена с выходом третьего элемента 2И-НЕ, а коллектор соединен с первичной обмоткой основного Т1)ансформатора,

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к схемам управления силовыми полупроводниковыми приборами, и может быть использоваио для построения силовых транзисторных ключей, потенциально изолированных от системы управления. например, в статических преобразователях частоты. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности устройства за счет снижения напряжения на дополиитель- ных трансформаторах. Цель достигается тем, что основной трансформатор Д ис- пользуется в качестве разделительного трансформатора для передачи сигнала с формирователя импульсов меньшей длительности при наличии управляющего сигнала и большей длительности при его отсутствии на селектор длительности импульсов, формирующий сигнал отпирания силового транзистора 9 при наличии импульсов меньшей длительности и сигнала запирания силового транзистора 9 при наличии импульсов большей длительности, а также в качестве трансформатора питания элементов селектора длительности импульсов 6. I з.п. ф-лы, 3 ил. ГГ i СЛ С оо оо Oi ai Cpv2.1

ь

Фиг. 2

Фиг.З

ФигЛ

за

фиг. 5