Мостовой инвертор с широтноимпульсным управлением Советский патент 1991 года по МПК H02M7/5387 

(.21) 4358419/07

(22) 04.01.88

(46) 07.01.91. Бгал. № 1

(72) В. А. Шувалов, Д. Л. Кузнецов

и А. Н, Переверзев

(53)621.314.57(088.8)

(56)Электронная техника в автоматике. Под ред. Ю. И. Конева. Вып. 8. - М.: Советское радио, 1976, с. 147, рис. 1.

Авторское свидетельство СССР № 1020945, кл. Н 02 М 7/573, 1980.

(54)МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР С ШИРОТНО-ИМ- ПУЛЪСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

(57)Изобретение относится к автоматике к преобразовательной технике и может быть использовано для управления

з. «г-ктроцтзигателями постоянного тока

как однофазных, так и многофазных. Цепь изобретения - повьаяение надежности за счет снижения тепловых потерь Мостовой инвертор содержит з каждой стойке моста первый и второй ключи 3, 4 на составном транзисторе, состоящем из управляющего 5, 6 и силового 7, 8 транзисторов. Введены в первый ключ 3 каждой стойки дополнительного транзистора 16 транзистор 12, дополнительный диод 14, элемент НЕ 26, резистор 15 и дополнительный диод 14, шунтирующий транзистор 12. Подключение ключевого элемента 19 к базе управляющего транзистора 5 обеспечивает исключение импульсного тока через указанный транзистор при одновременном исключении сквозного тока, 1 ил.

27

а &

rttmamx

о

3

Ј0

2

28

-0

«А

00

Изобретение относится к автоматике и преобразовательной технике и может быть использовано для управления эле ктродвигателями постоянного тока как однофазных, так и многофазных.

Цель изобретения - повышение надежности путем снижения тепловых потерь.

На чертеже приведена схема инвер- тора с широтно-имлульсным управлением.

Инвертор содержит в идентичных по структуре стойках 1, 2 моста последовательно соединенные первый (верхний по схеме) 3 и второй (нижний по схеме) 4 ключи. Каждый из ключей выполнен на составном транзисторе, состоящем из управляющего 5 (6) и силового 7 (8) транзисторов. В ключе 3 между базой и эмиттером управляющего транзистора 5 включен резистор 9 для пас1 счвного запирания. В ключе 4 резисторы 10 и 11 того же назначения включены между базой и эмиттером управляю- щего 6 и силового 8 транзисторов.

Ключ 3 содержит шунтирующий транзистор 12, коллектор и эмиттер которого соединены соответственно с базой и эмиттером силового транзистора 7, а. база через резистор 13 - с эмиттером силового транзистора 7 и через допол™ дательный диод 14 и четвертый дополнительный резистор 15 - с коллектором дополнительного транзистора 165 кото- рый через третий дополнительный резистор 17 соединен с входом 18 ключевого элемента 19,

Эмиттер дополнительного транзистора 16 соединен непосредственно, а ба- за через первый дополнительный резистор 20 с шиной питания, Базы управляющего транз истора 6 через резистор 21 и управляющего транзистора 5 через резистор 22 и ключевой элемент 19 под ключены к управляющим входам 23 и 24 первого 3 и второго 4 ключей,, а база дополнительного транзистора 16 через второй дополнительный резистор 25 - к выходу элемента НЕ 26, вход которого соединен с управляющим входом первого люча 3.

Стойки моста подключены к шинам 27 и 28 питания.

Между базой и эмиттером силового транзистора 7 включен шунтирующий кон денсатор 29. Между коллекторами и эмиттерами силовых транзисторов 7 и

с

5 0 5

0

0 5 Q

5

8 включены блокирующие диоды 30 и 31, предназначенные для защиты транзите- ров от. перенапряжений, возникающих в результате действия ЭДС самоиндукции, и для обеспечения неразрывности протекания тока в индуктивной нагрузке при отключении силового транзистора 8 при наличии широтно-импульсного сигнала на входе.

Выходом 32 стойки мостового инвертора является точка соединения первого 3 и второго 4 ключей. Питание мостового инвертора осуществляется от источника постоянного тока (не показан) , к выходу мостового инвертора (в диагонали моста) подключается нагрузка. Работа мостового инвертора в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) осуществляется при коммутации первых ключей 3 стоек 1 и 2 моста на основной низкой частоте, а вторых 4 ключей - на повышенной частоте регулирования ШИМ в интервале импульса основной частоты, так что при наличии ШЙМ-сигнала на входе 24 второго ключа 4 первой стойки 1 моста на вход 23 первого ключа 3 второй стойки 2 подается открывающий сигнал на частоте вращения, а при наличии ШИМ-сигнала на входе 24 второго 4 второй стойки 2 открывающий сигнал на частоте вращения подается на вход 23 перво-- го ключа 3 первой стойки. На остальные два ключа стоек моста поступают запирающие сигналы.

При подаче запирающего сигнала на первый ключ 3 стойки 1 или 2 инвертированный сигнал с выхода элемента НЕ 26 поступает через второй дополнительный резистор 25 на базу дополнительного транзистора 16, отпирая его. При этом открывается шунтирующий транзистор 12 током, протекающим в его базу от положительной шины 27 питания через дополнительный транзистор 16, четвертый дополнительный резистор 15, дополнительный диод 14, через силовой транзистор 8 второго ключа на общую шину 28, шунтируя переход база - эмиттер силового транзистора 7 первого ключа 3, и запирается ключевой элемент 19 током, протекающим в его вход по цепи шина 27 питания - открытый дополнительный транзистор 16 - третий дополнительный резистор 1 7.

При отключении ШИМ-сигнала на входе 24 второго ключа 4 стойки 1 моста

5161

в интервале периода коммутации (первый ключ 3 стойки 1 моста заперт) ток обмотки двигателя замыкается через открытый первый ключ 3 стойки 2 j места, первый блокирующий диод 30 стойки 1 моста и шину питания,

При этом падение напряжения на первом блокирующем диоде 30 (0,7 - 1,0) В является недостаточным для ин версного включения шунтирующего тран- зистора 12 и силового транзистора 7 через резистор 13, так как в этом случае коллекторчые p-n-переходы указанных транзисторов оказываются включенными последовательно, а для отпирания указанных транзисторов необходимо напряжение 1,4-2,0 В.

Невозможность инверсного включения силового транзистора 7 исключает воз можность появления сквозного тока при последующем включении второго ключа 4 „

При подаче отпирающего ШИМ-сигнала на вход 24 второго ключа 4 стойки 1 моста в интервале периода коммутации и открывании силового транзистора Я ток заряда коллекторной емкости силового транзистора 8 первого ключа 3 протекает через шунтирующий конденсатор 29 и открытый шунтирующий транзистор 12, которые шунтируют базу силового транзистора 7, обеспечивая его закрытое состояние и тем самым исключая появление сквозного тока, который имеет место при пассивном эг пираний. Шунтирующий конденсатор 29. обеспечивая перезаряд паразитной ем- кести коллекторного перехода силового транзистора 7 при протекании тока

нагрузки через первый блокирующий диод 30, снижает отрицательное напряжение на переходе база - эмиттер транзистора 8 до допустимой величины. При снятии ЙЩМ-сигнала с входа 24 второго ключа 4 стойки 1 моста на вход 28 первого ключа 3 подается отпирающее напряжение, но отпирание управляющего транзистора 5 не происходит до тех пор, пока не закрсете- ро- полнительный транзистор 16 и не ется ключевой элемент 19. При загт-ра- нии транзистора 16 шунтирующий транзистор 12 переходит в режим пасоьвно- го запиранияs которое обеспечивается резистором 13. Задержка, возникающая при отпирании ключевого элемента 19 и управляющего транзистора 5, вает полное отключение шунтирукдаего транзистора 12 к моменту отпирагс

3746

транзисторов 5. Коллекторный ток трап зистора 5 при его включении минималь ный (так как транзистор 12 заперт).

Этим объясняется снижение тепловых потерь вследствие исключения импульсных токов через транзистор 12, как это имеет место в прототипе. Поскольку при закрытии шунтирующего транзи- Q стора 12 шунтирующий конденсатор 29 быстро заряжается до напряжения открывания перехода база - эмиттер силового транзистора 7 за счет перезаряда коллекторной емкости того же

г транзистора, то увеличение тока управляющего транзистора 5, обусловленного зарядом шунтиг у;эщего конденсатора 19, практически не происходит

Работа стойки 2 моста аналогична

0 работе стойки 1.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышенною надежность за счет снижения тепловых потерь9 вызванных протеканием импульсного тока через уп

5 равляпщий транзистор первого ключа при одновременном исклкыеьяи сквозного тока при широтно-иклульсной модуляции за исключением перекрестной работы ключей.

С

Формула изобретения

Мостовой инвертор с кшротно-импуль- сным управлением, содержащий в каждой стойке моста последовательно соединен ные первый и второй хлючи, подключенные к пинам питания, каждый из которых выполнен на составном транзисторе, состоящем из управляющего и силового транзисторов, между базами и эмиттера- 0 ми управляющих транзисторов первого и второго ключей и силового транзистора второго ключа включены резисторы для пассивного запирания, между базой и эмиттером силового транзистора первого 5 ключа включены шунтирующий конденсатор и шунтирующий транзистор,коллектор и эмиттер которого соединены соответственно с базой и эмиттером силового тоанзис- тора первого ключа,между базой и эмит- 0 тером шунтирующего транзистора вклю чен резистор, между коллекторами и эмиттерами силовых транзисторов первого и второго ключей включены соответственно первый к второй блокирую- 5/ диоды, база упоавля щегс транзм- стора второго ключа соединена с ветстзующим управляющие РХОДОМ мостового инвертораf отличающий- с я тем, что с целью повышения на71619:748

пеккости за счет снижения тепловыхной шине питания, элемант НЕ, выходом

потерь введены в первый ключ каждойподключенный черен пос рдова ап о

стойки моста дополнительный транзи-соединенные ограничительный резистор

стор с коллекторным резистором, сво- си резистор пассивного запирания дополбодиый вывод которого подключен к вхо-нительного транзистора к его эмитгеду ключевого элемента, включенногору, а точка соединения указанных ремежду управляющим входом и ограничи-зисторов - к базе дополнительного

вающим базовым резистором управляюще-транзистора, коллектор которого через

го транзистора первого ключа, вывод юпоследовательно соединенные резисторы

которого подключен к входу ключевогои диод соединен с базой шунтирующего

элемента, а эмиттером - к потенциаль-транзистора.