Устройство для управления транзисторными ключами Советский патент 1990 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления транзисторными ключами регулируемых преобразователей постоянного напряжения.

Цель изобретения - повышение КПД устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства для управления транзисторными ключами;на фиг,2 - диаграммы напряжений; на фиг.З - траектория перемещения рабочей точки магнитопровода трансформатора по петле гистерезиса.

Устройство для управления транзисторными ключами 1 и 2 содержит ши- ротно-импульсный модулятор 3, тран15557814

обмотках дросселя 19 скачкообразно изменяет свой знак, появляется ток в цепи обмотки 21 и диода 18, и дроссель 19 начинает отдавать накопленную энергию через клеммы 15 и 16 в источник питания.

Напряжение на обмотке 22 при этом положительно и больше по величине напряжения источника 25. Следовательно,

10

f5

в момент tz полярность напряжения U24. на выходе операционного усилителя 24 изменяется и транзистор 5 открывается, а на обмотках 9 и 10 трансформатора 6 появляется запирающее напряжение Ufe. Несмотря на то, что транзистор 13 в момент t открывается, ток в его цепи не появляется, поскольку диод 14 оказывается закрытым

зисторы 4 и 5, трансформатор 6, имею- jn напряжением обмотки 11. В это время

щий первичные обмотки 7 и 8, вторичные обмотки 9 и 10 и разрядную обмотку 1 1 , разрядную цепь 12, содержащую транзистор 13 и диод 14, клеммы 15 и 16 питания, транзистор 17, диод 18, дроссель 19, имеющий обмотки 20 - 22, и пороговое устройство 23, в качестве которого может быть использован операционный усилитель 24, к инвертирующему входу которого подключен источник 25 постоянного напряжения. I Устройство работает следующим об- jpasoM.

В момент времени t, полярность напряжения Uj на выходе модулятора 3

рабочая точка кривой перемагничива- ния магнитопровода трансформатора 6 перемещается по участку В2- В3.

Важно отметить, что промежуток 25 времени t2 - t, выбирается несколько

большим промежутка

fc t- (обычно

30

на величину, не превышающую 2-5% периода) . Достигается это соответствующим выбором соотношения между числами витков обмоток 20 и 21 дросселя 19. Благодаря этому предотвращается сползание начальной рабочей точки (В ) кривой перемагничивания по петле гистерезиса к точке +ВГ. В момент времени t, дроссель 19 полностью отизменяется (фиг.2), при этом транзис- дает накопленную энергию в источник

торы 4 и 17 открываются, а транзис- . тор 13 s имеющий противоположный тип проводимости, закрывается. Транзистор 5 также закрывается отрицательным выходным напряжением U24 операционного усилителя 24, поскольку на его неинвертирующий вход с обмотки 22 дросселя 19 поступает отрицательное напряжение UJ2 в На выходных обмотках

40

45

6, открывающее и 2.

50

9 и 10 трансформатора 6 в момент t( появляется напряжение U транзисторные ключи 1

Рабочая точка кривой перемагничивания магнитопровода трансформатора 6 при этом движется по участку В4-В2 (фиг.,3), а в цепи обмотки 20 начинает расти ток, увеличивая-запасаемую .дросселем 19 магнитную энергию. В момент

выходе модулятора 3 изменяется на про тивоположную, в результате чего транзисторы 4 и 37 закрываются, а транзистор 13 открывается. Напряжение 11аг на

и напряжение на его обмотках уменьшается, что приводит к изменению полярности напряжения U24. на выходе операционного усилителя 24 и закрыванию транзистора 5. При этом благодаря наличию источника 25 постоянного напряжения колебательный процесс, возникающий в момент tj в дросселе 19, не приводит к ложным срабатываниям операционного усилителя 24.

В момент закрывания транзистора 5 напряжение на обмотках трансформатора 6 стремится изменить свою полярность. Однако возникающая при этом ЭДС самоиндукции невелика, поскольку в момент изменения полярности напряжения на обмотке 11 открывается диод

tЈ полярность напряжения Uj на 14 и трансформатор рассеивает накоплдп,п1ттт 5гг/- г а Ч fuoiutau ста ч г ет ч а urtrtrtsv ouAniiuirt ма агтАиаиш ev г «- «эпопчл

ленную энергию на элементах разрядной цепи 12. Напряжение на обмотках 9 и 10 также невелико и не может вызвать открывания транзисторов 1 и 2.

Напряжение на обмотке 22 при этом положительно и больше по величине напряжения источника 25. Следовательно,

в момент tz полярность напряжения U24. на выходе операционного усилителя 24 изменяется и транзистор 5 открывается, а на обмотках 9 и 10 трансформатора 6 появляется запирающее напряжение Ufe. Несмотря на то, что транзистор 13 в момент t открывается, ток в его цепи не появляется, поскольку диод 14 оказывается закрытым

рабочая точка кривой перемагничива- ния магнитопровода трансформатора 6 перемещается по участку В2- В3.

Важно отметить, что промежуток 5 времени t2 - t, выбирается несколько

большим промежутка

fc t- (обычно

0

на величину, не превышающую 2-5% периода) . Достигается это соответствующим выбором соотношения между числами витков обмоток 20 и 21 дросселя 19. Благодаря этому предотвращается сползание начальной рабочей точки (В ) кривой перемагничивания по петле гистерезиса к точке +ВГ. В момент времени t, дроссель 19 полностью от0

5

0

и напряжение на его обмотках уменьшается, что приводит к изменению полярности напряжения U24. на выходе операционного усилителя 24 и закрыванию транзистора 5. При этом благодаря наличию источника 25 постоянного напряжения колебательный процесс, возникающий в момент tj в дросселе 19, не приводит к ложным срабатываниям операционного усилителя 24.

В момент закрывания транзистора 5 напряжение на обмотках трансформатора 6 стремится изменить свою полярность. Однако возникающая при этом ЭДС самоиндукции невелика, поскольку в момент изменения полярности напряжения на обмотке 11 открывается диод

тю urtrtrtsv ouAniiuirt ма агтАиаиш ev г «- «эпопчл

ленную энергию на элементах разрядной цепи 12. Напряжение на обмотках 9 и 10 также невелико и не может вызвать открывания транзисторов 1 и 2.

Рабочая точка кривой перемагничи- вания магнитопровода трансформатора 6 перемещается в это время по участку В3 Bt. В момент t4 энергия, накопленная трансформатором Ь, полностью рассеивается на элементах разрядной цепи 12, и напряжение U6 на обмотках трансформатора становится равным нулю. В момент ts на выходе модулятора 3 снова изменяется полярность напряжения U4 и процесс повторяется.

Таким образо ., изобретение позволяет резко повысить эффективность использования такого относительно сильноточного и крупногабаритного узла, каким является трансформатор, и существенно уменьшить ток в схеме за счет уменьшения тока намагничивания трансформатора. В результате этого улучшаются массогабаритные показатели и повышается КПД устройства в целом.

Формула изобретения

1. Устройство для управления транзисторными ключами, содержащее широт- но-импульсный модулятор, выход которого подключен к базе первого транзистора, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки импульсного трансформатора, а эмиттер - с отрицательным выводом источника питания, выводы вторичных обмоток импульсного трансформатора предназначены для подключения к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей, второй транзистор, база которого соединена с первым выводом резистора, размагничивающую цепь, вход которой

0

5

0

5

0

5

0

соединен с выходом гаиротно-импульс- ного модулятора, а выход- с выводами размагничивающей обмотки импульсного трансформатора, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД устройства, введены третий транзистор, диод, дроссель и пороговый элемент, а первичная обмотка импульсного трансформатора выполнена в виде двух последовательно-согласно включенных секций, причем коллектор второго транзистора соединен с началом первичной обмотки импульсного трансформатора, средняя точка которой соединена с положительным выводом источника питания, с отрицательным выводом которого соединен эмиттер второго транзистора, другой вывод резистора соединен с выходом порогового элемента, к входу которого подключена первая обмотка дросселя, вторая и третья обмотки которого соединены последовательно-согласно, начало второй обмотки дросселя соединено с катодом диода, конец третьей обмотки дросселя - с коллектором третьего транзистора, база которого соединена с выходом широтно-импульсного модулятора, анод диода и эмиттер третьего транзистора соединены с отрицательным выводом источника питания, а точка соединения второй и третьей обмоток дросселя - с его положительным выводом.

2. Устройство по пЛ, отличающееся тем, что пороговый элемент выполнен в виде операционого усилителя, к одному входу которого подключен источник постоянного напряжения, другой вход использован как вход порогового элемента, а выход - как выход порогового элемента.

4r,4nW

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления транзисторными ключами. Цель изобретения - повышение КПД устройства. При появлении на выходе модулятора 1 напряжения положительной полярности транзисторы 2 и 17 открываются. Транзистор 3 закрыт отрицательным напряжением операционного усилителя 24. На выходных обмотках 7, 8 трансформатора 4 появляется напряжение, открывающее транзисторные ключи 9, 10. В цепи обмотки 20 нарастает ток, увеличивая энергию, запасаемую дросселем 19. Когда напряжение модулятора 1 изменяет свой знак, появляется ток в цепи обмотки 21 и диода 18, и дроссель 19 отдает накопленную энергию в источник. Транзистор 3 открывается, а на обмотках 7, 8 трансформатора 4 появляется запирающее напряжение. Ток в цепи транзистора 13 не протекает, т.к. диод 14 закрыт напряжением обмотки 11. Когда дроссель 19 полностью отдает накопленную энергию в источник, напряжение на обмотках трансформатора 4 стремится изменить свою полярность, но ЭДС самоиндукции невелика, т.к.. в момент изменения полярности напряжения на обмотке 11 открывается диод 14, и трансформатор рассеивает накопленную энергию на элементах разрядной цепи 12. Напряжение на обмотках 7,8 также невелико и не может вызвать открывания транзисторов 9, 10. 3 ил.

Фиг.3