Устройство управления транзисторным ключом Советский патент 1991 года по МПК H02M1/08 H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах силовой транзисторной коммутации систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение КПД.

На фиг I приведена функциональная схема устройства управления; на фиг. 2-4 - варианты практического выполнения устройства управления; на фиг. 5 - диаграммы токов и напряжений на элементах устройства.

Устройство управления транзисторным ключом содержит выходной транзистор 1, транзистор управления 2, низковольтный источник напряжения 3, источник тока 4 и управляющий ключ 5 блока управления 6. Источник, тока 4 может быть выполнен в

виде трансформатора тока 7, первая 8 и вторая 9 обмотки которого включены между эмиттером транзистора управления 2 и вторым выходным выводом, а обмотка управления 10 шунтирована управляющим ключом 5 блока управления 6. При этом соединение базы выходного транзистора 1 с обмотками трансформатора тока 7 может быть осуществлено через дополнительную обмотку 11, а блок управления 6 состоит из двухфазного генератора импульсов 12 и тиристора 13, шунтирующего обмотку управления 10. Низковольтный источник напряжения 3 может быть выполнен на двух диодах 14, шунтированных конденсатором 15.

Устройство работает следующим образом.

ОЭ СП

00

со со

При разомкнутом ключе 5 ток от источника тока 4 через источник напряжения 3 поступает в базу транзистора управления 2 При этом напряжение на его коллекторе снижается и устанавливается на уровне, равном сумме напряжений источника 3 и падения напряжения на базоэмиттерном переходе выходного транзистора 1, обеспечивая транзистору 2 режим с малой глубиной насыщения Транзистор 1 открывается Ток источника 4 выбираются таким, чтобы обеспечить насыщение транзистора 1 При замыкании ключа 5 к базоэмиттерному переходу транзистора 2 прикладывается отрицательное напряжение источника 3, вызывающее форсированное запирание При этом ток кол лектора транзистора 1 начинает проходить через базовую область, вызывая форсированное рассасывание заряда из области базы и выключение транзистора 1

В практической схеме устройства управ ления (см фиг 2) источник тока 4 целе сообразно выполнить на трансформаторе тока 7, а ключ 5 - на высокочастотном ти ристоре 13 В этом случае управление им пульсным преобразователем может осу ществляться от генератора импульсов 12, причем импульсы для отпирания транзис тора 1 (см фиг 5а) подаются на анод ти ристора 13, а для запирания (фиг 56) - на его управляющий электрод При поступ лении импульса на управляющий электрод тиристора 13 (см фиг 56) последний откры вается и напряжения на всех обмотках трансформатора 7 резко уменьшаются, что эквивалентно замыканию ключа 5 в схеме на фиг 1 Транзистор 2 закрывается и ток на начинав проходить по цепи коллек тор транзистора 1, его база, вторая обмот ка 9 трансформатора 7 Протекание тока чере вторую обмотку 9 трансформатора 7 вызывает протекание тока через его обмотку управления 10 и открытый тиристор 13 Та ким обраюм, тиристор 13 надежно блокирует входные цепи транзисторов 2 и 1 от поступ ления помехи в течение всего времени, пока из базы транзистора 1 не будет выведен заряд

При этом ток через выходной транзис тор 1 и обмотку управления 10 трансфер матора 7 станет равным нулю, на всех об мотках (см фиг 5s, г) происходит измене ние знака напряжения (запирающее для транзисторов 1 и 2) и начинается вывод энергии, накопленной в сердечнике трансформатора 7 Ток размагничивания протекает через тиристор 13, вызывая его форсиро ванное закрывание, и через выходные цепи генератора импульсов После размагничивания сердечника трансформатора 7 устройство ютово к поступлению следующего открывающего импульса

Диаграммы, иллюстрирующие работу преобразователя, показаны на фиг 5 В момент времени t благодаря импульсу отпирания

(см фиг 5а) производится открывание транзисторов 2 и 1 В момент времени /2 благодаря импульсу на управляющем электроде тиристора 13 (см фиг 56) открывается тиристор 13 и напряжение на обмотке снижается до нуля (см. фиг 5в) Благодаря индуктивности рассеяния обмоток трансформатора и заряду, накопленному в базе транзистора 2, ток базы этого транзистора спадает линейно с изменением знака (см

фиг Ьд) на интервале /2- з

В момент времени t3 переход база-эмит тер транзистора 2 резко восстанавливает свое обратное сопротивление, вызывая спад (и небольшой отрицательный выброс) напря жения на обмотке 8 (см фиг 5в) Тран зистор 2 выключается, обрывая эмиттер тран зистора 1 Ток коллектора последнего пере ключается в базу (см фиг 5е) На интерва ле /з-1 происходит рассасывание заряда из области база-коллектор транзистора 1,

0 последний выключается (см фиг 5ас), а напряжение на его коллекторе возрастает (см фиг 5 з)

5

0

5

На интервале /4-is происходит пере магничивание или в данном случае размаг ничивание токового трансформатора 7 Вид диаграммы этого напряжения зависит от цепей, шунтирующих обмотки токового транс форматора Если такие цепи отсутствуют, (см фиг 2 и 3), то за счет энергии, накоп ленной в сердечнике токового трансформа тора, напряжение на обмотке 8 (см фиг 5г) меняет знак (запирая тиристор 13) и увели чивается до тех пор, пока переход база эмиттер транзистора 2 не войдет в состояние лавинного пробоя К моменту времени /, энергия, накопленная в сердечнике, пол ностью выводится, трансформатор ра (магни чивается - преобразователь подготовлен к поступлению очередного запускающего им пульса (см фиг 5а)

Полярность подключения обмоток транс

0 форматора 7 (см фиг 2 и 3) должна быть такой, чтобы при протекании тока через нагрузку и вторую обмотку 9 трансформато ра 7 на первой его обмотке 8 формирова лось напряжение (см фиг 5г) с полярностью

g обеспечивающей открывание транзисторов 2 и 1 Схемы фиг 2 и 3 с этой точки зрения идентичны схеме фиг 4а и эквивалентны ши роко распространенной схеме магнитотран- зисторного ключа фиг 46 Разделение обмо ток, как показано на фиг 2, 3 (см фиг 4а) связано с удобством конкретной реализации Напряжение источника 3 выбираются таким, чтобы обеспечить надежное закрыва ние транзистора 2 Для снижения напря жения коллектор-эмиттер транзистора 2 (и при необходимости введения его в режим с большей глубиной насыщения) последова тельно с базой транзистора 1 может быть включена дополнительная обмотка 11 токо вого трансформатора 7 Целесообразно ее

0

5

выполнить в виде отвода от первой обмот ки 8 трансформатора 7 (см фиг 3)

Таким образом, в предлагаемом устрой стве осуществляется нормирование глубины насыщения низковольтного транзистора за счет нелинейной обратной связи между ба зой и коллектором этого транзистора При чем в предложенном источнике роль элемен тов обратной связи выполняют переход ба за - эмиттер высоковольтного транзистора и низковольтный источник Кроме того, применение трансформатора тока и тиристо ра в качестве управляющих элементов поз волило снизить потерн на управление и по тери в моменты переключения транзистор ного ключа, что позволило повысить КПД устройства

Формула изобретения

1 Устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого присоединен к первому выходному выводу, а эмиттер подключен к коллектору транзистора управления, эмит тер которого связан с вторым выходным вы водом, низковольтный источник напряжения, источник тока, управляющий ключ блока уп равления, отличающееся тем, что с целью по вышения КПД, база транзистора управления соединена через низковольтный источник напряжения с базой выходного транзис тора, соединенной через источник тока шунтированный управляющим ключом бло

0

ка управления, с эмиттером транзистора уп равления

2Устройство по п 1, отличающееся тем что источник тока выполнен в виде транс

форматора тока, обмотка управления кото рого шунтирована управляющим ключом блока управления, а связь эмиттера транзис тора управления с вторым выходным выво дом осуществлена через первую и вторую обмотки трансформатора тока, включенные встречно последовательно, точка соединения которых подключена к базе выходного тран зистора

3Устройство по пп 1 и 2, отличающееся тем, что соединение базы выходного тран

5 зистора с точкой соединений первой и вто рой обмоток трансформатора тока выполнено через дополнительную обмотку трансфер матора

4Устройство по пп 1-3, отличающееся тем, что низковольтный источник напряже

0 ния выполнен в виде двух диодов включен ных согласно последовательно и шунтиро ванных конденсатором

5Устройство по пп 1-4 отличающееся тем, что блок управления содержит ДВУ

5 фазный генератор импульсов первый выхоа ной вывод которого присоединен к управ ляющему электроду тиристора шунтирую щего обмотку управления трансформатора тока, первый вывод которой подключен к об щему выходному выводу генератора им

0 пульсов, второй выходной вывод которого присоединен к второму вывод обмотки vn равления трансформатора тока

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в устройствах силовой коммутации. Цель - повышение КПД. Устр-во содержит выходной транзистор 1 и транзистор управления 2, базы которых соединены через низковольтный источник напряжения 3 и подключены к выходу источника тока 4, шунтированного управляющим ключом 5 блока управления 6. При размыкании управляющего ключа 5 блока управления 6 отпирается транзистор 2 и выходной транзистор 1. Благодаря наличию низковольтного источника напряжения 3 транзистор управления 2 работает на границе насыщения, что позволяет снизить потери на управление транзистором управления 2 и уменьшить потери на переключение выходного транзистора 1. 4 з и ф-лы, 5 ил. Ј (Л

Фиг

о

aZi

to

o

Zi 2i

D

о б

в

г

7

Г

Ъ

/«

ж

1

н

I

Фиг.4