Устройство для управления транзисторным инвертором Советский патент 1991 года по МПК H02M7/537 

1

(21)4622678/07

(22)20.12.88

(46) 30.04.91 . Бкхп. К- 16

(71)Пермское научно-производственное объединение Парма

(72)Е.А.Берегалов, Л.В.Тунсв и С.Ю. Устинов

(53)621.316.727 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1272437, КЛ..Н 02 М 7/537. 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1124420, кл. Н 02 F 13/10, 1933.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ

(57)Изобретение относится к электротехнике :г предназначено для использования в устройствах преобразования постоянного напряжения в переменное, в частности в транзисторных инверторах напряжения с регулируемой выходной мощностью методом ииротно-импуль- сной модуляции. Целью изобретения является повышение технологичности и надежности. Цель достигается благодаря организации отпирающего и запирающего импульсов управления введением в устройство, содержащее два канала управления, триггера, двух элементов НЕ, элемента И-НЕ и RC-цепочки, а в каждый какал управления - двух элементов ШШ-НЕ. 2 ил.

а $

1СЛ

Изобретение относится к эпектро- технике и может быть использовано при преобразовании постоянного напряжения в переменное, в частности в транзисторных инверторах напряжения с регулируемой выходной мощностью методом широтно-импульсной модуляцииt

Целью изобретения является повышение технологичности и надежности. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - пояснительные временные диаграммы.

Устройство для управления транзисторным инвертором на силовых транзисторах 1 и 2 содержит широтно-им- пульсный модулятор (ШШ) 3, выход которого подключен к входам первого 4 и второго 5 элементов НЕ, к первому входу элемента И-ПЕ 6 и к первым входам перт)ьг- элементов И-НГ 7

каналов управления 8,9 транзисторами 1 , 2 инвертора о Выход первого элемента НЕ 4 подключен к синхро- входу триггера 10, прямой выход которого подключен к второму входу первого элемента ПЛИ-ИЕ 7 и к первому входу второго элемента ИЛИ-11Е 11 канала управления 8, а инверсный - к информационному входу триггера 10 к второму входу первого элемента ИЛИ-НЕ 7 и к первому входу второго элемента ИЛИ-НЕ 11 канала управления 9; вторые входы элементов ИЛИ-НЕ

11обоих каналов управления 8,9 подключены к выходу элемента И-НЕ 6, второй вход которого через резистор

12RC-цепочки, зашунтированный диодом 13, подключен к выходу второго элемента НЕ 5 и через конденсатор

14 RC-цепочки - к общей шине. В каждом канале управления 8, 9 выход

О 4ь

О

О

оо

Э

первого элемента ИЛИ-НЕ 7 через первый базовый резистор 15 подключен к базе формирующего включающий импульс транзистора 16, коллектор которого подключен к одному концу первичной обмотки трансформатора 17, а эмиттер через ограничительный резистор 18 - к общей имне, выход второго элемента ШШ-НЕ 11 через второй базовый резистор 19 подключен к базе формирующего выключающий импульс транзистора 20, эмиттер которого подключен к общей шше, а коллектор - к другому концу первичной обмотки трансформатора 17, средняя точка которого подключена к плюсовому выводу источника питания 21; вторичная обмотка трансформатора 17 одним концом подключена к эмиттеру силового транзистора 1, 2, а другим - через шунтирующий диод 22 к коллектору транзистора 1, 2 и через базовый диод 23, встречно-параллельно которому включен обратный диод 24, - к базе транзистора 1, 2; между базой и эмиттером транзистора 1, 2 включен резистор 25.

Устройство для управпсния транзисторным инвертором работает следующим образом.

При подаче питания на устройство для управления транзисторным инвертором на первые входы первых элементов ИЛИ-ПЕ 7 каналов управления 8,9, на первый вход элемента 6 И-НЕ и на входы первого 4 и второго 5 элементов НЕ начинает поступать сигнал ШИМ 3 (см,фиг. 2а). По каждому отрицательному перепаду этого сигнала на выходе первого элемента 4 НЕ появляется положительный перепат, который поступает на синхровход триггера 10 и каждый раз переключает его в противоположное состояние относительно предыдущего. При этом импульсы с его прямого выхода (см.фиг, 2d) поступает на второй вход первого 7 и первый вход второго 11 элементов ИЛИ-НЕ канала управления 8, а импульсы инверсного выхода (см.фиг. 2е) поступают на его информационный вход, на первый вход второго элемента ИЛИ-ПЕ 11 и на второй вход первого элемента ШШ-НЕ 7 канала управления 9, При появлении положительного перепада на выходе второго элемента 5 НЕ, который поступает через резистор RC-цепочки 12, зашунтирован

5

0

ный диодом 13, на первый вход элемента И-ИЕ 6 и на конденсатор 14 RC-це- . почки, происходит быстрый заряд кон- денсатора 14 (см.фиг. 2в). Выход элемента И-НЕ 6 в этот момент находится в единичном состоянии (см.фиг. 2с), т.к. на его первом входе присутствует нулевой сигнал с ШИМ 3, и запрещает работу вторых элементов ИЛИ-НЕ 11, поступая на их входы и удерживая их выходы в нулевом состоянии (см. фиг. 2q и фиг. 21). Если прямой выход триггера 10 (см.фиг. 2d) находит-: ся в этот момент в единичном состоянии, а инверсный соответственно - в нулевом, то на выход первого элемента ИЛИ-НЕ 7 канала управления 8 (см.фиг. 2f) поступает нулевой сигнал, а на выход первого элемента ИЛИ-НЕ 7 канала управления 9 - единичный уровень (см,фиг, 2k) до тех пор, пока сигнал ШИМ 3 (см.фиг,2а) находится в нулевом состоянии. Если 5 же прямой выход триггера 10 (см. фиг. 2d) находится в этот момент в нулевом состоянии, а инверсный выход - в единичном (см.фиг. 2е), то пока сигнал ШИМ 3 находится в нулевом состоянии (см,фиг. 2а), на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ 7 канала управления 8 будет единичный уровень (см.фиг. 2f), на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ 7 канала управления 9 - нулевой уровень, а когда сигнал ПИМ 3 (см,фиг. 2а) перейдет в единичное состояние, на выход первого элемента ИЛИ-НЕ 7 канала управления 8 будет поступать нулевой уровень (см.фиг. 2f) (длительность активного нулевого уровня сигнала ШИМ 3 различна и зависит от сигнала разрегулирования обратной связи (на чертеже не показан). Далее, когда сигнал ШИМ 3 (см.фиг. 2а) переходит в единичное состояние, он устанавливает в нулевой уровень выходы первых элементов ИЛИ-НЕ 7 канала управления 8 (см.фиг. 2f) и канала управления 9 (см.фиг. 2k) разрешает работу элемента И-НЕ 6 (см,фиг. 2а) и производит медленный разряд конденсатора 14 RC-цепочки через резистор 12 и выход второго элемента 5 НЕ (см.фиг. 2Ь). (Постоянная времени разряда выбирается с учетом необходимой длительности запирающего отрицательного импульса силовых транзисторов 1 и 2). При этом в момент,

0

5

0

5

0

5

когда конденсатор 14 RC-цепопьзг еще не разрядился до уровня логического нуля (см.фиг.2Ь), а сигнал 1ЧШ 3 уже находится в единичном уровне (см.фиг 2а), на выходе элемента И-IIR 6 появляется короткий отрицательный импуль (см.фиг. 2с), который поступает на выход второго элемента ИЛИ-НЕ 11 канла управления 9 положительным импупь сом (см.фиг. 21), если прямой выход триггера 10 (см.фиг. 2d) находится в единичном состоянии, а инверсный (см.фиг. 2е) - в нулевом, и на выход второго элемента ИЛИ-НЕ 11 канала управления 8 (cM.ftnr.2q), если прямой выход триггера 10 (см.фиг.2с) находится в нулевом, а инверсный (см.фиг. 2е) - единичным. Затем, когда на выходе первого элемента ИЛИ- НК 7 канала управления 9 появляется положительный импульс (см.фиг. 2k), транзистор 16, работающий в режиме генератора тока, открывается. (Величина тока, протекающего через транзистор 16, определяется величиной резистора 18 и выбирается с учетом необходимой передачи мощности в базы первого 1 и второго 2 силовых транзисторов инвертора).

Транзистор 20 канала управления 9 в этот момент заперт нулевым уровнем выхода второго элемента ИЛИ-КЕ 11. Ток, протекающий через транзистор 16 с учетом коэффициента трансформации трансформатора 17, через базовый диод 23 в базу второго силового транзистора 2 (см.фиг. 2п). Шунтирующим 22 и базовым 23 диодами осуществляется автоматическая регулировка величины управляющего тока второго силового транзистора 2 с отслеживанием малой глубины насыщения квазистабили зацией напряжения на его коллекторном переходе (для обеспечения необходимого падения напряжения в качестве базового диода 23 в схеме устанавливаются два диода). Степень открывания второго силового транзистора 2 регулируется падением напряжения на базовом диоде 23 (подбором типов и количества диодов), с протеканием избытк.ч управляющего тока в цепь коллектор - эмиттер второго силового транзистора 2 через диод 22. Да- лее, по переходу импульса на выходе первого элемента ИЛИ-НЕ 7 канала управления 9 в нулевое состояние (см. фиг. 2k) сразу же устанавливается

Q

,

единичное состояние на выходе второго ( элемента ИЛИ-НЕ 11 (см.фиг. 21). которое открывает транзистор 20 и передает управляющий отрицательный импульс напряжения через трансформатор 17с учетом коэффициента трансформации через обратный диод 24 на переход база-эмиттер второго силового транзистора 2 (см.фиг. 2). Длительность этого отрицательного импульса выбирается равной времени рассасывания зарядов в базе второго силового транзистора 2, и устанавливается постоянной

времени RC-цепочки на резисторе 12 и конденсаторе 14, приблизительно равной 1-2 мкс. Так как этот отрица- тельный импульс, подаваемый на пере- ход база-эмиттер второго силового тран0 зистора 2 нормирован по длительности и амплитуде (величина амплитуды этого импульса задана расчетными параметрами трансформатора 17), то его величина может быть выбрана равной про5 бойное (напряжение эмиттер-база пробойное) „

Во время работы второго силового транзистора 2, т.е. когда он открыт, первый силовой транзистор 1 закрыт, т.к. на выходах первого 7 и второго 11 элементов ИЛИ-НЕ канала управления 8 присутствуют нулевые уровни. Вследствие этого транзисторы 16 и 20 закрыты и ток через первичную и вторичную обмотки трансформатора 17 канала управления 8 не течет, следовательно, первый силовой транзистор 1 закрывается. Далее, когда прямой выход триггера 10 устанавливается в нулевое состояние (см.фиг. 2d), а инверсный - в единичное (см,фиг.2е), сначала в единичный уровень переходит выход первого элемента ИЛИ-НЕ 7 канала управления 9, а затем, по возс вращению его выхода в нулевое состояние, в единичный уровень переходит выход второго элемента ИЛИ-НЕ 11 канала управления 0 на время, определяемое параметрами резистора 12 и конденсатора 14 RC-цепочки. При этом алгоритм работы транзистора 16 и 20 канала управления 8 аналогичен работе транзистора 16 и 20 канала управления 9, описанной ранее.

Таким образом, благодаря выполнению устройства управления транзисторным инвертором, согласно изобретению, повышает технологичность и, следовательно, надежность устройства.

0

5

0

в

С

f

я

к

/77

-HiHJПг

и U и Ц If

л

HJHJПгфиг. 2