Способ управления транзисторным ключом Советский патент 1990 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления мощными высоковольт- ными транзисторами во вторичных ис- точниках электропитания.

Целью изобретения является улучшение динамических параметров транзисторного ключа.

На фиг.1 1 приведена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - пойснительнпе временные диаграммы.

Устройство для реализации способа управления транзисторным ключом 1 содержит блок 2 сравнения, вход которого подключен к переходу коллектор-эмиттер ключа 1, напряжение на котором является кoнтpoлиpye ым параметром (контролируемым параметром при данном способе управления может быть также напряжение между коллектором и базой ключа). Выход блока 2 сравнения подключен к вхо.ду обратной связи регулятора 3 тока базы ключа 1 ,вход управления которого подключен к источнику 4 сигнала управления,Выход регулятора 3 подключен к переходу база-эмиттер ключа 1 .Регулятор 3 выполнен на транзисторе 5,база которого образует вход обратной связи регулятора 3,а переход коллектог о:

о ел

СП

ю

fO

15

эмиттер подключе) к переходу ба га-змит- тер транзистора 6,база которого образует вход управления регулятора 3,а коллектор связан с базой транзистора 7, эмнттер- коллекторный переход которого шунтирует база-коллекторный переход транзистора 8, коллектор которого подключен к источнику 9 питания, а эмиттер вместе с эмиттерами транзисторов 5 и 6 образует выход регулятора 3. Блок 2 сравнения может быть выполнен по какой-либо известной схеме.

Устройство содержит также дополнительный транзистор 10, переход база- (эмиттер которого подключен к выходу регулятора 3 или любой другой точке ;регулятора 3, в которой напряжение по фазе совпадает с выходным напряжением регулятора 3. Например, он может быть подключен к коллектору транзистора 7 или его базе. Коллектор :дополнительного транзистора 10 через токоограничивающий резистор 11 и развязывающий диод 12 подключен к входу обратной связи регулятор.а 3 т.е. к базе транзистора 5. Переменный резистор 13 позволяет установить режим транзистора 10. Кроме того, вспомогательный транзистор 14 переходом Q коллектор-эмиттер шунтирует вход I обратной связи регулятора. База тран- i зистора 14 через резистор 15 и кон- I денсатор 16 подключена к источнику I 4 сигнала управления.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии сигнала Uu от ис20

25

точника 4 ключ 1 закрыт, потенциал его коллектора вьше, чем потенциал 3MiiTTepa. Блок 2 сравнивает напряжение на его входе U с уставкой UQ. Если коллекторное напряжение ключа 1 превьшает .превьшает уставку, то на выходе блока 2 сигнала нет и транзистор 5 закрыт. Начиная с момента появления на управляющем входе регулятора 3 отпирающего сигнала и практически до окончания заряда конденсатора 16 через него и резистор 15 протекает ток базы транзистора 14, . вследствие чего последний открыт и шунтирует переходом коллектор-эмиттер вход обратной связи регулятора 3. Время открытого состояния транзисто

i б 0552

связи регулятора 3, шнутируется транзистором 14. Это время может быть задано при проектировании устройства и выбирается равным времени включения транзисторного ключа 1.

При появлении управляющего сигнала от источника 4 отпираются последовательно транзисторы 6-8. После отпирания транзистора 8 отпирается транзистор 10 и через его переход коллектор-эмиттер подается напряжение на вход обратной связи регулятора 3, зашунтированный ранее открытым транзистором 14. По мере отпирания потенциал коллектора транзистора 1 падает до тех пор, пока на входе блока 2 напряжение не будет равно напряжению ус тавки, после чего на выходе блока 2 появляется напряжение, отпирающее транзистор 5, который закрывает транзистор 6. Транзистор 14 в это время закрывается и не мешает прохождению сигнала от блока 2. Далее закрываются транзисторы 7 и 8. Таким образом, в базу транзистора 1 по дается отпирающий импульс тока i ti в течение времени, равного времени его вгатючения t..

За время, прошедшее с момента появления напряжения на выходе блока 2 до запирания транзистора В, потенциал коллектора транзистора 1 опускается ниже уставки блока 2, после чего он начинает возрастать, в это время в базе ключа 1 происходит рассасывание избыточного заряда. По достижении напряжением на входе блока 2 значения уставки напряжение на выходе блока 2 пропадает, транзистор 5 закрывается. Поскольку на входе управления регулятора 3 имеет место сигнал управления от источника 4, транзисторы 6-8 поочередно отпираются, в базу ключа 1 подается очередной импульс тока.

После отпирания транзистора 8 отпирается транзистор 10 и подает отпирающий импульс на базу транзистора 5, что приводит к запиранию транзисторов 6-8. Второй импульс тока базы ключа 1 заканчивается. При этом его длительность существенно меньше длительности первого импульса, равного времени включения ключа 1.

35

40

45

50

ра 14 может быть задано подбором номи- Это обусловлено тем, что в момент наналов элементов 15 и 16. Таким образом, в течение некоторого в ремени все сигналы, поступающие на вход обратной

чала первого и второго импульсов тока базы режим ключа 1 существенно отличаетсяj а именно: первый имчала первого и второго импульсов тока базы режим ключа 1 существенно отличаетсяj а именно: первый им5к, I

пульс тока базы РЗЫВОДИТ транзистор из запертого состояния с высоким потенциалом коллектора, достигающим сотен вольт, при этом его длительность складьшается из времени за- держки включения ключа 1 и времени спада напряжения коллектора, а второй импульс тока базы понижает потенциал коллектора всего на несколько вольт или долей вольта из состояния с относительно низким исходным потенциалом.

В устройстве, реализующем способ, цепочка на транзисторе 10 в известном смысле компенсирует инерцию, измерения потенциала коллектора ключа 1 блоком 2 и время запирания транзисторов 6-8.

В течение второго импульса тока базы потенциал коллектора ключа 1 снижается ниАе уровня уставки. По окончании импульса тока базы потенциал коллектора некоторое время еще продолжает снижаться, а затем начинает нарастать до тех пор, пока не достигнет уставки блока 2, что приводит к появлению третьего импульса тока базы ключа 1, Работа элементов схемы здесь и далее происходит так же, как и при формировании второго импульса,

Описанные процессы продолжаются до тех пор, пока на входе управления регулятора 3 есть отпирающий сигнал. В течение всего этого времени ключ 1 открыт. Закрывается он после окончания управляющего сигналй от источника 4.

Из анализа работы устройства видно, что в качестве контролируемого пя раметра здесь использовано напряжение между коллектором и эмиттером ключа 1 в открытом состоянии. Оно стабилизируется за счет регулирования тока базы при изменении нагрузки, тем пературы и других внешних факторов, влияющих на изменение контролируемо-, го параметра. Например, при возраста- НИИ нагрузки ключа 1 скорость рассасывания избыточного заряда в его базе возрастает, поэтому интервалы времени между импульсами базового тока умень

2f

шаются. При изменении температуры схема работает аналогично. Пусть тем- перат фа возросла, пусть коэффицн- ент усиления ключа 1 при этом увеличился. Поскольку амплитуда тока базы неизменна, то насыщение ключа 1 стало глубже, т.е. время рассасывания увеличилось. Это приводит к уменьшению частоты импульсов тока базы.

По сравнению с известным данный способ управления позволяет улучшить динамические параметры транзисторного ключа, а именно понизить максимальное

время выключения и время, необходимое для приведения тока базы в соот- ветствие с изменяющимися параметрами транзистора и нагрузки. Достижение положительного эффекта обусловлено тем, что минимальная длительность импульсов базового тока транзистора 1, начиная с второго, устанавливается меньше, чем его включения, что позволяет повысить частоту

следования импульсов.

Формула изобретения

Способ управления транзисторным ключом, заключающийся в том, что на

интервале проводимости транзисторного ключа формируют базовый ток транзисторного ключа в виде однополяр- ных импульсов неизменной достаточной для отпирания транзисторного ключа при максимальной нагрузке амплитуды, регулируют базовый ток транзисторного ключа путем изменения скважности сформированных импульсов и стабилизируют контролируемый параметр на уровне

заданного значения за счет регулирования тока базы транзистора ключа, о т- личающийся тем, что, с целью улучшения динамических параметров транзисторного ключа, длительность первого однополярного импульса, базового тока транзисторного ключа устанавливают не меньше времени его включения, а длительность последующих импульсов базового тока устанавливают меньше времени включения транзисторного ключа, но на уровне, достаточном для достижения контрол1-груемым параметром заданного уровня.

ВКЛ

Фиг. 2

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - улучшение динамических параметров транзисторного ключа. С этой целью для стабилизации контролируемого параметра, в качестве которого используется напряжение между базой и коллектором или напряжение между коллектором и эмиттером транзистора ключа, регулируют ток базы для компенсации изменения контролируемого параметра под воздействием нагрузки, температуры и других факторов. Ток базы силового транзистора формируют в виде импульсов, а при изменении контролируемого параметра регулируют их скважность. При этом импульсы тока базы, начиная с второго, устанавливают меньшей длительности, чем время включения транзисторного ключа, но достаточной для понижения контролируемого параметра ниже уровня уставки. Уменьшение длительности импульсов до минимально необходимой позволяет повысить частоту импульсов и этим достичь цели. 2 ил.