Способ управления транзисторным ключом Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

4

сл

00 СП

4 СО

Изобретение относится к преобра-, зевательной технике, в частности к управлению транзисторными ключами, построенными с использованием прей- мущественно мощных высоковольтных биполярных транзисторов. Может быть использовано в электроприводах, транзисторных инверторах, мощных источниках вторичного электропитания с бестрансформаторным входом и других устройствах.

Цель изобретения - расширение допустимого диапазона изменения параметров транзистора и нагрузки.

На фиг. 1 и 2 приведены варианты устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие способ.

Устройство (фиг. 1) для управле- ния транзистором 1, .переход коллектор-эмиттер которого череэ датчик 2 тока подключен к выходным клеммам 3 и 4 транзисторного.ключа, имеющего также входные клеммы 5 и 6, со- держит усилитель 7, через который переход база - эмиттер транзистора 1 подключен к источнику 8 напряжения. Выход датчика 2 тока через дифференцирующее звено 9, содержа цее в прос- тейшем случае конденсатор и резистор соединен с входом компаратора Ю, который представляет собой блок сравнения с внутренним источником опорного напряжения. Выход компаратора

10 связан с первым входом элемента И 11, второй вход которого подключен к входной клемме 5. Последняя связана через цепь 12 запуска с управляющим входом 13 усилителя 7. Вы ход элемента И 11 также подключен к управляющему входу 13 усилителя 7. Для повышения надежности выход компаратора 10 может быть связан с первым входом элемента И 11 через формирователь 14 длительности импулса.

Устройство, представленное на фиг. 2, содержит в отличие от первго в качестве датчика 2 тока трансформатор тока, который одновременно выполняет функцию дифференцирующего звена.

На диаграммах (фиг. 3) представлено: а - напряжение управления клча, подаваемое на входные клеммы 5 и 6, б - ток нагрузки ключа, меняющийся от максимапьного до минимального значения в течение открытого

0 о

5

Q

0

состояния ключа}.в - ток базы транзистора 1i г - напряжение на входе компаратора J д - напряжение на выходе компаратора; е - напряжение на управляющем входе 13 усилителя 7, где импульгы отпирающего напряжения нормированы по длительности (за исключением первого, длительность которого задает цепь 12 запуска).

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

ч

В момент подачи на клеммы 5 и 6 отпирающего напряжения цепь запуска шунтирует элемент И на некоторое время. Цепь 12 запуска может быть образована конденсатором, тогда указанное время определяется временем его заряда. Таким образом, на вход 13 усилителя 7 подается первый импульс отпиракнцего напряжения, при этом также отпирается силовой транзистор 1. После окончания первого импульса базового тока транзистор 1 остается открытым в течение некоторого време- ни за счет избыточного заряда, накопленного в его базе за время первого импульса базового тока. По мере рассасывания избыточного заряда в базе транзистора 1 сопротивление перехода коллектор - эмиттер начинает возрастать, ток нагрузки - уменьшается. В данной схеме момент выхода транзистора и насыщения (он же явля- ется и моментом подачи очередного импульса базового тока) определяют по достижению скорости спада тока нагрузки ключа некоторого заданного значения. Скорость изменения тока нагрузки изменяется при помощи дифференцирующего звена и компаратора. При достижении напряжением на выходе звена 9 уставки компаратора на выходе последнего появляется импульс напряжения, отпирающий усилитель 7, при этом в базу транзистора 1 подается очередной импульс базового тока, приводящий к возрастанию тока нагрузки до прежнего значения. Длительность импульсов отпирающего напряжения нормируется формирователем 14. При уменьшении нагрузки время рассасывания избыточных носителей заряда в базе транзистора 1 возрастает, поскольку амплитуда и длительность импульсов базового тока неизменна, т.е. возрастает и интервал между этими импульсами.

1453

Работа устройства, представленного на фиг. 2, происходит аналоги1; но.

Предлагае;мый способ управления транзисторным ключем осуществляется следукмцим образом, В промежуток времени между импульсами отпиракщего базового тока на входе 13 усилителя формируется нулевое (запирающее) нап- |ц ряжение, длительность приложения которого равна времени задержки момента спада .силового тока (тока нагрузки) ключа по отношению к моменту

спада тока базы. Момент окончания

приложения запирающего напряжения (он же момент подачи очередного импульса тока базы) определяется по достижению производной тока нагрузки уставки компаратора.

Длительность запирающих импульсов здесь близка к времени рассасывания избыточного заряда из базы силового транзистора при данных условиях, т.е. при заданной амплитуде и дли- тельности тока базы, а также с учетом того, что очередной импульс тока базы подается в момент, когда транзистор уже вьппел из насьщения. Если длительность импульса задана доста- точно малой, то при названных условиях пауза между импульсами тока базы существенно меньше времени рассасывания транзистора для того же тока нагрузки даже при условии, что амплитуда его тока базы скорректиро- вана (в случае непрерывного тока базы) . На минимальную длительность импульса тока базы так же есть ограни-

чение, так как она должна быть достаточна для создания некоторого минимального насыщения.

Поскольку погрешность отработки заданной длительности сигнала управления равна длительности импульса запирающего напряжения (паузы между

|ц

15

2„

25 -JQ

40

45

149

импульсами тока базы), то при соответствующем выборе параметров импульсов тока базы она может быть меньше, чем для случая аналогового регулирования тока базы.

В практических устройствах для заданного диапазона нагрузки длительность импульсов базового тока может быть задана на два-три порядка ниже минимальной длительности управляющего напряжения на входных клеммах 6 и 5 ключа. Длительность запирающих импульсов того же порядка.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет оперативно приводить ток базы в соответствие с током нагрузки, при этом погрешность отработки заданной длительности управляющего сигнала не превосходит 0,1-1%, что в большинстве практических случаев достаточно.

Формула изобретения

Способ управления транзисторным ключом, заключаю1цийся в том, что измеряют время задержки момента спада силового тока транзисторного ключа относительно момента спада тока управления, формируют запирающее напряжение транзисторного ключа, зависящее от указанного времени задержки, и при изменении параметров транзис торного ключа или нагрузки ток базы транзистора ключа изменяют пропорционально запирающему напряжению, от - л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения допустимого диапазона изменения параметра транзистора и нагрузки, запирающее напряжение транзисторного ключа формируют в виде импульсов, длительность которых равна времени задержки момента спада силового тока транзисторного ключа относительно момента спада тока управления.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться, например, во вторичных источниках злектропитания. Целью изобретения является расширение до- пустимого диапазона изменения параметров транзистора ключа и нагрузки. Цель изобретения достигается за счет того, что при изменении параметров транзистора или нагрузки ток базы регулируют запираюищм напряжением, зависящим от времени задержки момента спада силового тока относительно момента спада тока управления. При этом запирающее напряжение формируют в виде импульсов, длительность которых равна упомянутому времени задержки. Данный способ управления позволяет при изменении нагрузки или параметров транзистора отработать требуемую длительность импульса выходного напряжения с более высокой точностью. 3 ил. о (Л

6

Фиг.1

3 It

Фиг. 2

пппп п п

Фиг.З