Формирователь управляющих импульсов Советский патент 1992 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении выходных каскадов систем управления силовыми полупроводниковыми ключами (транзисторами, тиристорами) статических преобразователей.

Известны формирователи (1), состоящие из трансформаторов с выпрямителями и диодно-транзисторных коммутаторов, подключенных к высокочастотному генератору. При этом высокочастотный генератор работает в непрерывном режиме, а длительность управляющей пачки импульсов определяется временем воздействия

запускающего сигнала на базу транзисторного ключа коммутатора.

Однако приведенные устройства не обеспечивают необходимой помехоустойчивости силовых полупроводниковых ключей, что вызывает самопроизвольное их отпирание и, следовательно, аварийные режимы в силовых цепях.

Известны формирователи (2), состоящие из генератора промежуточной частоты, трансформатора и двух выпрямителей, формирующих напряжение разной полярности, подключенных к управляющему электроду силового полупроводникового ключа через

управляемые коммутаторы. Формирование управляющего сигнала соответствующей полярности осуществляется замыканием соответствующего коммутатора.

Однако такие устройства требуют наличия формирователей управляющих импульсов для управления коммутаторами, что усложняет устройство.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа формирователь управляющих импульсов (3), содержащий генератор промежуточной частоты, нагруженный на первичную обмотку импульсного трансформатора, концы вторичной обмотки которого через первый и второй диоды подключены к концам первичной обмотки первого выходного трансформатора и через третий и четвертый диоды к концам первичной обмотки второго выходного трансформатора, а средняя точка - к средним точкам первичных обмоток первого и второго выходных трансформаторов соответственно через первый и второй транзисторы, базы которых подключены к противофазным выходам управляющего триггера Шмидта, причем вторичные обмотки первого и второго выходных трансформаторов подключены к входам соответственно первого и второго выпрямителей, положительные полюсы одного из которых подключены через ограничительный резистор к первой выходной клемме, а другого - к второй выходной клемме.

Недостатком известного устройства являются потери мощности при запирании силового полупроводникового ключа, выполненного на биполярном транзисторе, так как после выключения силового полупроводникового ключа второй выпрямитель остается нагруженным на обратный диод, включенный на выходе формирователя. Кроме этого, при управлении силовым полупроводниковым ключом, выполненным на полевом транзисторе, неоправданные потери мощности возникают и при включенном состоянии силового полупроводникового ключа, так как noc/je включения силового полевого транзистора, заряда его входной емкости первый выпрямитель остается нагруженным на второй выпрямитель.

Целью изобретения является повышение КПД формирователя.

Указанная цель достигается тем, что формирователь управляющих импульсов, содержащий генератор промежуточной частоты, нагруженный на первичную обмотку импульсного трансформатора, концы вторичной обмотки которого через первый и второй диоды подключены к концам первичной обмотки первого выходного трансфор-. матора и через третий и четвертый диоды к концам первичной обмотки второго выходного трансформатора, а средняя точка - к средним точкам первичных обмоток первого и второго выходных трансформаторов соответственно через первый и второй транзисторы, базы которых подключены к противофазным выходам управляющего триггера Шмидта, причем вторичные обмотки первого и второго выходных трансформаторов подключены к входам соответственно первого и второго выпрямителей, положительные полюсы одного из которых подключены через ограничительный резистор к первой выходной клемме, а другого - к второй выходной клемме, снабжен двумя токозадающими резисторами с двумя дополнительными транзисторами п-р-п-типа, эмиттер каждого из которых подключен к отрицательному, а база через соответствующий токозадающий резистор - к положительному полюсу соответствующего выпрямителя, при этом коллектор первого транзистора - к второй, а второго - к первой выходной клеммам.

На чертеже представлена принципиальная схема формирователя управляющих импульсов.

Формирователь управляющих импульсов (фиг. 1) содержит генератор 1 промежуточной частоты, нагруженный на первичную обмотку импульсного трансформатора 2, первый 3 и второй 4 выходные трансформаторы со средним выводом, подключенные, крайними зажимами первичных обмоток через диоды 5-8 к крайним зажимам вторичной обмотки импульсного трансформатора 2, средний вывод которой подключен через первый транзистор 9 к среднему выводу первичной обмотки первого выходного трансформатора 3 и через второй транзистор 10 - к среднему выводу первичной обмотки второго выходного трансформатора 4, первый выпрямитель 11, подключенный к вторичной обмотке первого выходного трансформатора 3, ограничительный резистор 12, включенный между положительным выходом первого выпрямителя 11 и первой выходной клеммой 13 формирователя, второй выпрямитель 14, подключенный к вторичной обмотке второго выходного трансформатора 4, положительный выход которого подключен к второй выходной клемме Т5 формирователя, управляющий триггер Шмидта 16, прямой выход которого подключен к входу первого транзистора 9, а инверсный выход - к входу второго транзистора 10, третий транзистор 17, подключенный эмиттером к отрицательному выходу

первого выпрямителя 11, базой через токозадающий резистор 18 к положительному выходу первого выпрямителя 11, а коллектором - к второй выходной клемме 15 формирователя, четвертый транзистор 19, подключенный эмиттером к отрицательному выходу второго выпрямителя 14, базой через токозадающий резистор 20 - к положительному выходу второго выпрямителя 14, а коллектором - к первой выходной клемме 13 формирователя.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал формирователя управляющих импули:ов поступает на вход уп равляющего триггера Шмидта 16, наличие единичного или нулевого сигнала на входе приводит к появлению единичного сигнала на его прямом или инверсном выходе и включению соответственно транзисторов9 или 10. Последние вместе с диодами 5-8 образует два диодно-транзисторных коммутатора с включенными на выходах трансформаторами 3 и 4 и выпрямителями 11 и 14. При единичном сигнале на входе формирователя транзистор 9 открыт, а транзистор 10 закрыт, к генератору 1 промежуточной частоты подключен через диоды 5 и 6 первый выходной трансформатор 3. На выходе выпрямителя 11 присутствует положительное напряжение, которое открываеттранзистор 17, что создает п.ри управлении биполярным силовым транзистором путь протекания тока базы рт положительного выхода выпрямителя 11 через резистор 12, через управляющую цепь база-эмиттер силового ключа, через коллектор-эмиттер транзистора 17 к отрицательному выходу выпрямителя 11. При управлении полевым транзистором по этой цепи протекает только зарядный ток в течениевремёни заряда входной емкост 1 силового полевого транзистора, после чего на выходе формирователя устанавливается положительное напряжение, примерно равное выходному напряжению выпрямителя 11. В это время на выходе выпрямителя 14 - нулевое напряжение, транзистор 19 закрыт и тем самым неработающий выпрямитель 14 не подг|эужает работающий выпрямитель 11. При .нулевом сигнале на входе формирователя транзистор 10 открыт, а транзистор 9 закрыт, ж генератору промежуточной частоты 1 подключен через диоды 7 и 8 второй выходной трансформатор 4. На выходе выпрямителя , 14 присутствует положительное напряжение, которое открывает транзистор 19, что создает при управлении биполярным силовымтранзистором путь протекания тока выноса неосновных носителей от

положительного выхода выпрямителя 14 через управляющую цепь эмиттер-база силового ключа к отрицательному выходу выпрямителя 14 через коллектор-эмиттер

транзистора 19. При управлении силовым полевым транзистором по этой цепи протекает ток перезаряда емкости силового полевого транзистора. В обоих случаях после выключения силового полупроводникового

ключа на выходных клеммах формирователя устанавливается отрицательное напряжение, примерно равное выходному напряжению выпрямителя 14. В это время на выходе выпрямителя 11 - нулевое напряжение,

транзистор 17 закрыт, следовательно, неработающий выпрямитель 11 не подгружает работающий выпрямитель 14, последний по завершении переходного процесса выключения силового полупроводникового ключа

остается нагруженным только на цепь управления транзистора 19.

П р и м е р. В формирователе управляющих импульсов использовались в качестве трансформаторов 2-4 импульсные трансформаторы типа МИТ-12, диоды 5-8 типа КД509, на этом типе диодов были собраны выпрямители 11 и 14, транзисторы 9 и 10 типа КТ630 управлялись от логических микросхем серии КТ155, в качестве транзисторов и 17 также были использованы транзисторы типа КТ630, формирователь управлял силовым полупроводниковым ключом на полевом транзисторе КП701 и биполярном транзисторе КЕ839А.

Экспериментальные исследования формирователя управляющих импульсов показали, что по сравнению с прототипом наблюдается снижение потерь мощности в формирователе, а следовательно, повышение его КПД. При управлении силовым биполярным транзистором формирователь должен обеспечить ток выноса неосновных носителей из базы силового ключа 1о. В известном устройстве (3) этот ток протекает за

все время выключенного состояния ключа, а мощность, потребляемая формирователем, составляет величину loUo, где Uo выходное напряжение второго выпрямителя, тогда как в предложенном устройстве

по окончании переходного процесса вы-

ключения силового ключа этот ток в раз меньше, где - коэффициент усиления транзистора 19, во столько же раз уменьшается и мощность, потребляемая формирователем.

При управлении силовым полевым транзистором аналогичное уменьшение потребляемой формирователем мощности наблюдается и для включенного состояния силового ключа.

Формула изобретения Формирователь управляющих импульсов, содержащий генератор промежуточной частоты, нагруженный на первичную обмотку импульсного трансформатора, концы вторичной обмотки которого через первый и второй диоды подключены к концам первичной обмотки первого выходного трансформатора и через третий и четвертый диоды к концам первичной обмотки второго выходного трансформатора, а средняя точка - к средним точкам первичных обмоток первого и второго выходных трансформаторов соответственно через первый и второй транзисторы, базы которых подключены к противофазным выходам управляющего

триггера Шмидта, причем вторичные обмотки первого и второго выходных трансформаторов подкл ючен ы к входам соответственно первого и второго выпрямителей, попожительные полюсы одного из которых подключены через ограничительный резистор к первой выходной клемме, а другого - к второй выходной клемме, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД он снабжен двумя токозадающими резисторами с двумя дополнительными транзисторами пр-п-типа, эмиттер каждого из которых подключен к отрицательному, а база через соответствующий токозадающий резистор к положительному полюсу соответствующего выпрямителя, при этом коллектор первого транзистора - к второй, а второго - к первой выходным клеммам.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении выходных каскадов систем управления силовыми полупроводниковыми ключами (транзисторами, тиристорами) статических преобразователей. Цедью предлагаемого устройства является повышение КПД. Это достигается тем, что в известный формирователь управляющих пачек импульсов, содержащий генератор промежуточной частоты с выходным трансформатором, второй и третий трансформаторы, первый выпрямитель и токозадающий резистор, второй выпрямитель, триггер Шмидта, введены дополнительно третий транзистор, подключенный эмиттером к отрицательному выходу первого выпрямителя, базой через второй токозадающий резистор - к положительному выходу первого выпрямителя, а коллектором - к второй выходной клемме формирователя, четвертый транзистор, подключенный эмиттером к от|зица- тельному выходу первого выпрямителя, базой через третий токозадающий резистор - к положительному выходу второго выпрямителя, а коллектором - к первой выходной клемме формирователя. Введение этих элементов с указаннь)ми связями в формирователь позволяет снизить потери мощности в формирователе. 1 ил.слс