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

(21)4075324/24-07

(22)06.05.86

(46) 15.05.89. Бюл. № 18

(71)Опытное производственно-техническое предприятие Уралчерметавто- матика

(72)О. Н. Мельников

(53)621.316.727(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1008869, кл. Н 02 М 7/537, 1985.

Заявка Франции № 2558022, кл. Н 02 М 7/537, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРОМ

(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть исггользо- вано при разработке вторичных источников питания. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения применения его в однотактных

преобразователях н повышения надежности переключения. Запуск транзистора 1 осуществляется кратковременным яа- мыканием ключа 8. Конденсатор 4, разряжаясь через дополнительную обмоткуf обеспечивает формирование импульса тока в эмиттерной цепи транзистора 1 с одновременным выключением транзистора 3. Далее открытое состояние транзистора 1 поддерживается положительной токовой обратной связью. После выключения транзистора 1 начинается размагничивание сердечника трансформатора 2, открывается диод 5 и конденсатор 4 заряжается размагничивающим током до напряления, задаваемого ограничивающим элементом 6, защищая его от коммутационных помех. Наличие напряжения на конденсаторе 4 подготавливает транзистор 1 к следующему включению. 2 ил.

tЈ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения применения его в однотактных преобразователях и повышения надежности переключения. Запуск транзистора 1 осуществляется кратковременным замыканием ключа 8. Конденсатор 4, разряжаясь через дополнительную обмотку, обеспечивает формирование импульса тока в эмиттерной цепи транзистора 1 с одновременным выключением транзистора 3. Далее открытое состояние транзистора 1 поддерживается положительной токовой обратной связью. После выключения транзистора 1 начинается размагничивание сердечника трансформатора 2, открывается диод 5 и конденсатор 4 заряжается размагничивающим током до напряжения, задаваемого ограничивающим элементом 6, защищая его коммутационных помех. Наличие напряжения на конденсаторе 4 подготавливает транзистор 1 к следующему включению. 2 ил.

00

Фиг I

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при разработке вторичных источников питания (ВИП) переключательного типа.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения применения его в однотактных преобразова- JQ телях и повышения надежности переключения.

На фиг. 1 и 2 представлены примеры реализации устройства.

Устройство управления транзистор- $ ным ключом 1 содержит трансформатор 2 тока, первггчная обмотка которого включена в силовую цепь ключа 1, вторичная в его эмиттерную цепь, блокирующий транзистор 3, шунтирующий ба- 20 за-эмиттерный переход ключа 1 , накопительный конденсатор 4, подключенный через выпрямительный диод 5 к вторичной обмотке, а через вольтоог- раничитепьный элемент 6 (стабилитрон 25 при использовании силового транзис- или цепочка диодов) к базе транзисто- тора 1 в токовых режимах существенно ра 3. Узел 7 поднаряда содержит ре-ниже номинальных - не превышающих

зистор, связанный с источником по-(0,3-0,5) i Ном - Uбэ транзистора 1.

стоянного напряжения Un, и предназна- не превышает 0,8-1,0 В и при обеспечен для подпитки накопительного кон- 30 чении полного разряда кбнденсатора 4

На фиг. 2 в качестве управляющего ключа 8 показан триггерныи ключ на комплементарных транзисторах 9, управляемый оптроном 10 (срабатывание ключа происходит при подаче импульса тока на оптрон).

Выбор порогового напряжения вольто ограничительного элемента 6 (и соответственно его реализация), а также реализация связи вторичной обмотки трансформатора 2 тока с эмиттером транзистора 1 определяются параметрами силового транзистора 1, режимом его работы и типом управляющего ключ 8. При включенном силовом транзисторе 1 величина напряжения на его база- эмиттериом переходе должна быть меньше суммы напряжений элемента 6 и напряжения перехода база-эмиттер транзистора 3 за вычетом остаточного напряжения (после разряда) на конденсаторе 4 о

Так, в общем случае (см. фиг. 1)

денсатора 4. Ключ 8 осуществляет запуск транзистора 1.

Узел 7 подзаряда нужен в основном для первого пуска ключа после включения устройства и во время работы может быть отключен. Однако, так как потребление тока по цепи подпитки составляет лишь сотые доли процента от тока силовой цепи, его можно и не отключать без ощутимого ухудшения КПД устройства. На схеме фиг. 1 узел 7 выполнен только на резисторе и не отключается, на фиг. 2 он дополнительно содержит конденсатор в последовательном соединении с указанным резистором и диод, через который средняя точка этой цепочки подсоединяется в этом случае и к второй обкладке конденсатора 4, что обеспечивает отключение узла 7 па время работы устройства.

Дополнительная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь ключа 8 либо со стороны его вывода, связанного с элементом 6

(фиг„ 2), либо со стороны его вывода, связанного с вторичной обмоткой трансформатора тока (фиг. 1). Оба варианта равноценны.

при использовании силового транзис- тора 1 в токовых режимах существенно ниже номинальных - не превышающих

На фиг. 2 в качестве управляющего ключа 8 показан триггерныи ключ на комплементарных транзисторах 9, управляемый оптроном 10 (срабатывание ключа происходит при подаче импульса тока на оптрон).

Выбор порогового напряжения вольто ограничительного элемента 6 (и соответственно его реализация), а также реализация связи вторичной обмотки трансформатора 2 тока с эмиттером транзистора 1 определяются параметрами силового транзистора 1, режимом его работы и типом управляющего ключа 8. При включенном силовом транзисторе 1 величина напряжения на его база- эмиттериом переходе должна быть меньше суммы напряжений элемента 6 и напряжения перехода база-эмиттер транзистора 3 за вычетом остаточного напряжения (после разряда) на конденсаторе 4 о

Так, в общем случае (см. фиг. 1)

0

з

при запуске, например, кратковременным замыканием клемм ключа 8 вольто- ограничительный элемент 6 может быть представлен всего одним диодом, а с

с эмиттером транзистора 1 и диодом 5 связана вся вторичная обмотка.

При использовании (см„ фиг. 2) транзистора 1 в предельных по току режимах (напряжение U $3 достигает 2 - 2,5 В) и при разряде конденсатора 4, например, с помощью триггерно- го ключа 8, когда остаточное напряжение может составлять 0,5-0,7 В, минимальное напряжение на элементе 6

5 будет уже составлять 2-3 В, что и

обуславливает выполнение его на трех- четырех диодах или низковольтном стабилитроне, при этом для ограничения обратного напряжения на база- эмиттерном переходе силового транзистора 1, которое в момент его размыкания может превысить допустимое для данного типа транзистора значение, связь вторичной обмотки с эмиттером этого транзистора осуществляется через отпайку, подключающую к нему меньшее число витков, чем к диоду 5. Элементы форсирования включения - конденсатор 11 и резистор 12 - на

0

схемах показаны пунктиром. Резистор 12 с конденсатором 4 определяет длительность запускающего импульса, а конденсатор 11 обеспечивает дополнительную форсировку запуска, форсируя запирание транзистора 1.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Конденсатор 4 в паузах между срабатываниями силового ключа 1 находится в заряженном состоянии до уровня, определяемого пороговым напряжением элемента 6 вкупе с прямосмещенным пе реходом база-коллектор транзистора 3. База-эмиттерный переход силового транзистора 1 при этом зашунтирован открытым переходом коллектор-эмиттер транзистора 3, что предотвращает ложные включения ключа I (например, от импульсов помех).

Запуск транзистора 1 осуществляется кратковременным замыканием клемм ключа 8о Конденсатор 4, разряжаясь через дополнительную обмотку, обеспечивает формирование запускающего импульса тока в эмиттерную цепь транзистора 1 с одновременным снятием блокировки (выключения базового тока

Устройство для управления силовым транзистором, содержащее управляющий ключ, трансформатор тока с дополнительной обмоткой, первичная обмотка которого предназначена для подключения в силовую цепь базы силового транзистора, вторичная одним выводом соединена с одним выводом выпрямительного диода, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения применения устройства в однотактных преобразователях и повышения надежности переключения, введены блокирующий транзистор, накопительный конденсатор, ограничивающий элемент и узел подзаряда накопительного конденсатора, вход которого сотранзистора 3). Далее открытое состо- 30 единен с источником постоянного на- яние ключа 1 поддерживается за счет пряжения, причем другой вывод вторич35

40

положительной токовой обратной связи.

После выключения транзистора 1 начинается размагничивание сердечника трансформатора 2 тока. Полярность напряжения на его обмотках изменяет ч знак, открывается диод 5 и конденсатор 4 заряжается размагничивающим током до напряжения отсечки, задаваемого элементом 6 и переходом транзистора 3. Открывание транзистора 3 ставит силовой ключ 1 на блокировку, защищая его от коммутационных помех, возникающих в нагрузке при выключении транзистора 1. Наличие же напряжения дг на конденсаторе 4 одновременно подготавливает ключ 1 к следующему включению по замыканию ключа 8.

Таким образом, устройство может использоваться в схемах управления как двухтактных, так и однотактных преобразователей напряжения, имеет меньшие массогабаритные показатели

ной обмотки трансформатора тока предназначен для соединения с базой силового транзистора и через последовательно соединенные дополнительную обмотку трансформатора тока и управляющий ключ соединен с одним выводом ограничивающего элемента, другой вывод которого подключен к базе блокирующего транзистора, коллектор которого предназначен для соединения с базой, а эмиттер - с эмиттером силового транзистора, точка соединения эмиттеров силового и блокирующего транзисторов соединена с крайним выводом или отпайкой вторичной обмотки трансформатора тока, один вывод накопительного конденсатора предназначен для соединение с базой силового транзистора, а другой подключен к другому выводу выпрямительного диода и связан с одним выводом ограничивающего элемента.

при уменьшении мощности внешнего возбуждения, имеет большие возможности регулирования по скважности, что по- вытает надежность управления и дает возможность получить преобразователи с расширенным диапазоном входных напряжений и нагрузок.

Формула изобретения

Устройство для управления силовым транзистором, содержащее управляющий ключ, трансформатор тока с дополнительной обмоткой, первичная обмотка которого предназначена для подключения в силовую цепь базы силового транзистора, вторичная одним выводом соединена с одним выводом выпрямительного диода, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения применения устройства в однотактных преобразователях и повышения надежности переключения, введены блокирующий транзистор, накопительный конденсатор, ограничивающий элемент и узел подзаряда накопительного конденсатора, вход которого со

единен с источником постоянного на- пряжения, причем другой вывод вторич5

0

г

ной обмотки трансформатора тока предназначен для соединения с базой силового транзистора и через последовательно соединенные дополнительную обмотку трансформатора тока и управляющий ключ соединен с одним выводом ограничивающего элемента, другой вывод которого подключен к базе блокирующего транзистора, коллектор которого предназначен для соединения с базой, а эмиттер - с эмиттером силового транзистора, точка соединения эмиттеров силового и блокирующего транзисторов соединена с крайним выводом или отпайкой вторичной обмотки трансформатора тока, один вывод накопительного конденсатора предназначен для соединение с базой силового транзистора, а другой подключен к другому выводу выпрямительного диода и связан с одним выводом ограничивающего элемента.

5