Устройство для управления силовым транзисторным ключом Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

U fJ iiL,

}

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного питания.

Целью изобретения является повышение надежности работы силового транзисторного ключа.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дпя управления силовым транзисторньш ключом-,на: фиг. 2 - принципиальная схема устройства, на фиг. 3 - приведена зависимость насыщения на переходе база-эмиттер транзистора от тока базы; на фиг. 4 - осциллограммы напряжений и токов в некоторых точках устройства.

Устройство для управления силовым транзисторным ключом 1 (фиг. 1) содержит положительный вывод источника 2 питания, общую шину 3, блок 4 управления, маломощный транзистор 5, эмиттером соединенный с общей шиной 3, а базой - с выходом блока 4 управления, две выходные коеммы 6 и 7, трансформатор 8 тока, имеющий вторичную обмотку 9-10, началом-соединенну с базой, а средним выводом с эмиттером силового ключа 1, концом соединенную с выходной клеммой 6, первич- ную. обмотку 11, одним выводом соединенную с коллектором маломощного транзистора 5, а другим через ограничивающий элемент 12с положитель- ным вьшодом источника 2 питания, об- мотку 13 обратной связи, одним выводом соединенную с общей шиной 3, компаратор 14, к неинвертирующему входу которого подсоединен второй вывод обмотки 13 обратной связи, а к выходу вход блока 4 управления, регулируемый источник 15 напряжения уставки максимального тока, вход которого соединен с положительным выводом 2 источника питания, а выход - с инвертирующим входом компаратора

- . .

Блок 4 управления (фиг. 2) содержит генератор 16 стробирующих импульсов, генератор 17 пилообразного нап- ряжения, вход которого соединен с выходом генератора 16 стробирующих импульсов, источник 18 регулируемого опорного напряжения, компаратор 19, инвертирующий вход которого подсое- динен к выходу генератора 17 пилообразного напряжения, .а неинвертирующи вход к выходу источника 18 регулируемого опорного напряжения, триггер

20, вход С синхронизации которого присоединен к выходу генератора 16 стробирующих импульсов, а вход R установки в нулевое состояние - к выходу компаратора 14, элемент 2И-НЕ 21, к входам которого присоединены выходы компаратора 19 и триггера 20.

На графике (фиг. 3) представлена зависимость напряжения насьщения нас транзистора от тока базы Ir-.

На графике (фиг. 4) приведены ос- циллограммы напряжений на выходах

генератора 16 стробирующих импульсов 6 генератора 17 П 1лообразного

напряжения и„ , источника 18 регулион

11 руемого опорного напряжения U

компаратора 19 , на выводах выходной обмотки 9 U-, тока в коллек13

торной цепи силового ключа 1 I. напряжений на выводах обмотки обратной связи U, на выходе регулируемого источника 15 напряжения

уставки максимального тока и. ,

компаратора .элемента 21

14 и,4 , триггера 20 U,

и

20

г1

Устройство работает следующим образом.

Блок 4 управления формирует ИИМ- сигнал. При положительном напряжений на базе управляемый транзистор 5 отпирается, через обмотку 11 управления трансформатора 8 тока про- уёкает ток, рграниченньш элементом 12. На выходной обмотке 9 пфявляется запирающее силовой ключ 1 напряжение. При нулевом напряжении на базе управляемый транзистор 5 запирается, в обмотке 11 управления прерывается ток. По закону самоиндукции на обмотках трансформатора 8 тока напряжение меняет полярность, на выводах выходной эбмотки 9 возникает отпирающее силовой ключ 1 напряжение. В коллекторной цепи силового ключа 1 появляется ток. Протекающий по входной обмотке 10 ток обеспечивает протекание тока в выходной обмотке 9, поддерживая силовой ключ 1 в открытом состоянии. Запирание силового ключа 1 вновь происходит при отпирании управляемого транзистора 5;

Блок 4 управления работает следующим образом.

Генератор 16 формирует стробирую- щие импульсы, подаваемые на вход г е- нератора 17 пилообразного напряжения, выходное напряжение которого подается на инвертирующий вход кот тарато- ра 19, Источник 18 регулируемого опорного напряжения формирует опорное напряжение U , подаваемое на неин-

00

вертирующий вход компаратора 19. Сравнивая пилообразное напряжение генератора 17 и постоянное напряжение Upn источника 18 опорного напряжения, компаратор 19 формирует импульс-ч ное напряжение. На обмотке 13 обратной связи появляется напряжение, пропорциональное напряжению ла переходе база-эмиттер силового ключа 1.

Компаратор 14 производит сравнение 15 приходят импульсы UQ, инвертированнапряжения на обмотке 13 с напряжением уставки источника 15. Если нап- ряжение на обмотке 13 обратной связи ниже напряжения уставки, то на выходе компаратора 14 устанавливается , напряжение, соответствующее логическому нулю. При этом на неинвертирующем выходе триггера 20 устанавливается логическая единица. При такой комбинации сигналов элемент 21 работает как инвертор импульсов, поступающих с компаратора 19, разрешая работу силового ключа 1. Если напряжение на обмотке 13 обратной связи .выше напряжения уставки источника 15, то на выходе компаратора 14 появляется напряжение, соответствующее логической единице. При этом на неинвертирующем выходе триггера устанавливается напряжение, соответствзпощее логическому нулю.

При такой комбинации сигналбв логический элемент 21 имеет на выходе логическую единицу, чт.о соответствует запертому состоянию силового ключа 1. Логический нуль на выходе триггера 20 держится до прихода на его вход С синхронизации стробирую- щего импульса от генератора 16. Если во время прихода стробирующего импульса напряжение на обмотке 13 обратной связи ниже напряжения уставки источника 15, то на выходе компаратора 14 устанавливается логический нуль и триггер 20 переключается в состояние, когда на его неинвертирую- щем выходе устанавливается логическая единица, разрешая отпирание си- ; лового ключа.

График Хфиг. 3) показывает, что с ростом тока базы ст ового ключа 1 растет напряжение на его переходе база-эмиттер. Учитывая, что в устройстве ток базы пропорционален то20

25

30

35

40

45

50

55

ные логическим элементом 21 (Uj,, ) и управляемым транзистором 5. В момент t линейно нарастающий ток коллектора достигает заданного значения, напряжение U, на обмотке 13 обратной связи достигает напряжения уставки Uhj, источника 15.

На выходе компаратора 14 появляет ся напряжение U. уровня логической единицы, производя переключение триг гера 2б в состояние, когда на его выходе логический ноль . Переключение триггера 20 приводит к запиранию силового ключа 1 и прерыванию тока I, коллектора.

Таким образом, устройство позволяет ограничивать ток коллектора силового ключа и, следовательно, повышает надежность работы и расширяет функциональные возможности устройства.

1 Формула изобретени5

Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержашее источник питания, маломощный транзистор, эмиттер которого соединен с общей Шиной устройства, коллектор - с началом первичной обмотки трансформатора тока, конец которой через ограничивающий элемент соединен с п ложительным выводом источника питания, база маломощного транзистора подключена к выходу блока управления, начало вторичной обмоткИ трансформатора тока предназначено для подключения к базе силового транзистора, конец - для подключения к нагрузке а средний вьгоод - к эмиттеру силового транзистора, отличающееся тем, что, с целью повьшения.надежности работы силовог транзисторного ключа, введены регуку коллектора, напряясение Ug- используется как показатель величины коллекторного тока силового ключа 1. Генератор 16 формирует стробирую- щие импульсы (фиг. 4), подаваемы ia вход генератора 17 для формирования пилообразного напряжения и на вход триггера 20 для восстановления его в исходное состояние. Сравнивая пилообразное напряжение U с напряжением Ujjj источника 18 опорного напряжения, компаратор 19 формирует импульсы . На выходную обмотку 9

приходят импульсы UQ, инвертирован

5

0

5

0

5

0

5

ные логическим элементом 21 (Uj,, ) и управляемым транзистором 5. В момент t линейно нарастающий ток коллектора достигает заданного значения, напряжение U, на обмотке 13 обратной связи достигает напряжения уставки Uhj, источника 15.

На выходе компаратора 14 появляется напряжение U. уровня логической единицы, производя переключение триггера 2б в состояние, когда на его выходе логический ноль . Переключение триггера 20 приводит к запиранию силового ключа 1 и прерыванию тока I, коллектора.

Таким образом, устройство позволяет ограничивать ток коллектора силового ключа и, следовательно, повышает надежность работы и расширяет функциональные возможности устройства.

1 Формула изобретени5

Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержашее источник питания, маломощный транзистор, эмиттер которого соединен с общей Шиной устройства, коллектор - с началом первичной обмотки трансформатора тока, конец которой через ограничивающий элемент соединен с положительным выводом источника питания, база маломощного транзистора подключена к выходу блока управления, начало вторичной обмоткИ трансформатора тока предназначено для подключения к базе силового транзистора, конец - для подключения к наг рузке а средний вьгоод - к эмиттеру силового транзистора, отличающееся тем, что, с целью повьшения.надежности работы силового транзисторного ключа, введены регуФа.1

7 1. 1,8 г.г г.б А Ф1/г.з

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного питания. Целью изобретения является повышение надежности работы силового транзисторного ключа. С этой целью генератор 16 формирует стробирующие импульсы, подаваемые на вход генератора 17 для формирования пилообразного напря жения и на вход триггера 20 для установки его в исходное состояние. В результате сравнения пилообразного напряжения и напряжения источника 18 опорного сигнала компаратор 19 формирует импульсы, которые инвертированы элементом 2И-НЕ 21 и транзистором 5 и поступают на выходную обмотку трансформатора тока. По достижении током коллектора силового Транзистора заданного значения напряжение на обмотке обратной связи трансформатора тока достигает напряжения уставки источника 15. На выходе компаратора 14 появляется сигнал логической единицы, производя переключение триггера 20 в нулевое состояние, что приводит к запиранию силового транзистора. 4 ил.