Способ управления магнитотранзисторным ключом и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H02M7/517 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания, выполненных на основе преобразователей напряжения с переключением при нуле напряжения, например в однотактных или двухтактных резонансных преобразователях.

Известен способ управления магнито- транзисторным ключом (МТК), при котором на базу транзистора МТК для его включения подают короткий импульс тока. При этом, благодаря положительной обратной связи через токовый трансформатор МТК, последний самоблокируется в открытом состоянии. Выключают МТК путем введения в состояние насыщения сердечника токового трансформатора. Недостатком способа и устройства является необходимость формирования сравнительно мощного импульса

устройством управления, а также потери при включении, из-за разряда на МТК паразитной параллельной емкости.

Известен способ управления МТК, при котором в сердечнике токового трансформатора МТК запасают энергию, поступающую от основного источника питания при открытом первом транзисторе МТК. Затем в МТК прерывают положительную обратную связь путем закорачивания управляющей обмотки токового трансформатора. Измеряют напряжение на втором транзисторе МТК и ток нагрузки. Когда они снижаются до нуля, управляющую обмотку токового трансформатора раскорачивают, обеспечивая тем открывание второго транзистора МТК за счет выделения энергии, запасенной в сердечнике токового трансформатора МТК.

00

со ел

со

Известное устройство управления содержит переключательный МТК, транзисторы которого соединены последовательно, причем первичная обмотка токового трансформатора включена между точкой соединения транзисторов и индуктивной нагрузкой. Обратные диоды и демпфирующие конденсаторы подключены к точке соединения первичной обмотки токового трансформатора с индуктивной нагрузкой. Токовый трансформатор содержит дополнительную обмотку, параллельно которой подсоединен ключ, к входу которого в свою очередь подсоединен выход схемы управления. При открытом верхнем транзисторе МТК в сердечнике токового трансформатора запасается энергия. При подаче на ключ управляющего сигнала, последний открывается, вызывая закрывание верхнего транзистора МТК. При этом напряжение на нижнем транзисторе плавно начинает снижаться, благодаря перезаряду демпфирующих конденсаторов током индуктивной нагрузки. После снижения напряжения ток индуктивной нагрузки замыкается через обратные диоды. Аналоговое логическое устройство схемы управления определяет момент, когда напряжение на нижнем транзисторе МТК и ток нагрузки становятся равными нулю и размыкает ключ. При этом на обмотке токового трансформатора, подсоединенной к переходу база-эмиттер нижнего транзистора наводится напряжение, открывающее нижний транзистор. Затем ток нагрузки, проходящий через нижний транзистор, начинает возрастать, а в сердечнике токового трансформатора начинает накапливаться энергия, необходимая для открывания верхнего транзистора МТК. В устройстве момент открывания должен быть определен достаточно точно, иначе потери на включение транзисторов МТК резко возрастают, что может привести к выходу их из строя.

Недостатком известных способа и устройства являются сложность определения момента открывания транзисторов МТК и сложность реализации схемы управления. Необходимость ее подстройки при изменении нагрузки, а также влияние на нее помех от мощного преобразователя, приводит к срабатываниям ключа в неоптимальные или произвольные моменты времени, что снижает надежность и увеличивает потери в МТК. Кроме того, поскольку токовый трансформатор должен запасать энергию, его га- бариты оказываются сравнительно большими, что также является недостатком.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение устройства. Поставленная цель в способе управления МТК, при котором перед подачей включающего сигнала снижают напряжение на МТК, достигается тем, что это снижение производят до

появления инверсного напряжения на МТК, которое преобразуют в накопленный заряд, а из накопленного заряда формируют указанный включающий сигнал транзистора магнитотранзисторного ключа.

0 Поставленная цель в устройстве для осуществления способа управления МТК, выполненным в виде двухтактного преобразователя напряжения на двух транзисторах и токовом трансформаторе, силовая обмот5 ка которого включена вместе с нагрузкой в диагональ преобразователя напряжения между точкой соединения транзисторов и средней клеммой источника питания, одна из крайних клемм которого подключена к

0 коллектору одного из транзисторов преобразователя напряжения, содержащем первую и вторую управляющие обмотки токового трансформатора, предназначенные для подключения к базо-эмиттерным

5 переходам соответственно одного и другого транзисторов преобразователя напряжения, и синхронизирующую обмотку токового трансформатора, связанную с выходом синхронизирующего генератора достигает0 ся тем, что конец первой управляющей обмотки, предназначенный для подключения к базе одного из транзисторов, предназначен, также, для подключения к коллектору другого транзистора, а конец второй управ5 ляющей обмотки, предназначенный для подключения к базе другого транзистора, подключен к другой крайней клемме источника питания.

Кроме того, устройство может быть

0 снабжено двумя тиристорами, а синхронизирующая обмотка токового трансформатора выполнена со средней точкой, соединенной с катодами тиристоров, аноды которых подключены к концам синхронизи5 рующей обмотки, а управляющие электроды - к выходу синхронизирующего генератора. На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства реализации способа; на фиг.2 - временные диаграммы.

0 Устройство реализации способа управления магнитотранзисторным ключом (МТК), выполненным на последовательно соединенных транзисторах 1 и 2, зашунти- рованных демпфирующими конденсатора5 ми 3 и 4, и токовом трансформаторе 5, силовая обмотка 6 которого включена последовательно с нагрузкой 7, содержащей индуктивность в диагонали транзисторного преобразователя между точкой соединения транзисторов 1 и 2 и средней точкой источника 8 питания. Управляющие обмотки 9 и 10 токового трансформатора 5 подсоединены к базо-эмиттерным переходам транзисторов 1 и 2. Дополнительные обмотки 11 и

12трансформатора 5 зашунтированы в про- тивоположных направлениях тиристорами

13и 14, управляющие переходы которых подключены к выходу синхронизирующего генератора 15.

Устройство реализации способа работает следующим образом.

Приоткрытом транзисторе 1 МТКчерез него и индуктивную нагрузку 7 протекает ток 1к1 (фиг.2). При насыщении сердечника токового трансформатора 5 положительная обратная связь в токовом трансформаторе 5 прерывается и транзистор 1 закрывается - момент to. Напряжение на транзисторе 1 начинает увеличиваться. Благодаря наличию демпфирующих конденсаторов 3 и 4 уменьшение напряжения на коллекторе транзистора 2 (возрастание напряжения на транзисторе 111кэ1 происходит плавно, что приводит к уменьшению потерь в транзисторе 1 при выключении, Осуществив пере- заряд конденсаторов 3 и 4 за время to - ti, ток индуктивной нагрузки 7 замыкается на источник 8 питания через открытый переход база-коллектор транзистора 2, являясь для него током обратного направления. Про- хождение тока (интервал ti - 12} через переход транзистора 2 приводит к накоплению заряда в области коллектора. В момент времени 12 заканчивается рекуперация энергии из индуктивной нагрузки 7 и напряжение на транзисторе 2 меняет знак. Благодаря заряду, накопленному в области коллектора, переход коллектор-база некоторое время открыт и начинает проводить ток, выводящий этот заряд. Этот ток проходит через первичную обмотку 6 токового трансформатора 5. Это значит, что на управляющей обмотке 10 токового трансформатора 5, подключенной к переходу база-эмиттер транзистора 2 возникает напряжение, от- крывающее этот транзистор. Таким образом, включение транзистора при нулевом напряжении на нем производится автоматически, причем именно в то время, когда это необходимо. В момент времени т.з (как это было в момент to) положительная обратная связь через токовый трансформатор 5 прерывается, и устройство работает подобно тому, как описано. Таким образом, устройство представляет собой автогенератор, выключение транзисторов 1 и 2 в котором происходит при насыщении сердечника токового трансформатора 5, включение транзисторов 1 и 2 производится автоматически при нуле напряжения. При необходимости

синхронизации работы преобразователя от внешнего генератора 15 закорачивают на определенное время (достаточное для включения транзистора) одну из дополнительных обмоток токового трансформатора 5 путем подачи синхронизирующего импульса на подключенный к дополнительной обмотке тиристор (например, 13). Тиристор 13откры- вается и через некоторое время транзистор 1 закрывается (момент времени to). Однако, поскольку через первичную обмотку 6 токового трансформатора 5 от индуктивной нагрузки 7 продолжает проходить ток, трансформирующийся в обмотку 11, тиристор 13 продолжает быть открытым практически до тех пор, пока этот ток не станет равным нулю (момент времени to). Все это время токовый трансформатор 5 шунтирован низким сопротивлением открытого тиристора 13, что обеспечивает высокую устойчивость устройства к помехам и его высокую надежность.

Благодаря формированию включающего сигнала из накопленного заряда, включение транзистора возможно лишь после накопления определенного заряда, т.е. только после того, как к МТК будет приложено инверсное напряжение, что повышает надежность работы транзистора и снижает потери включения.

Реализация предложенного способа в устройстве - самовозбуждающемся преобразователе напряжения - не связана с использованием чувствительного к помехам преобразователя слабосигнального аналогового логического устройства схемы управления (определяющего момент включения транзисторов), что повышает надежность работы преобразователя. Реализация предложенного способа обеспечивается использованием в устройстве минимального числа радиокомпонентов и приводит к упрощению устройства.

Формула изобретения 1. Способ управления магнитотранзи- сторным ключом, заключающийся в том, что перед подачей включающего сигнала снижают напряжение на магнитотранзистор- ном ключе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем повышения помехоустойчивости, упомянутое снижение напряжения производят до появления инверсного напряжения на магнито- транзисторном ключе и упомянутое инверсное напряжение магнитотранзистор- ного ключа преобразуют в накопленный заряд, из которого формируют указанный включающий сигнал транзистора этого ключа.

2. Устройство для управления магнито- транзисторным ключом, выполненным в виде двухтактного преобразователя напряжения на двух транзисторах и токовом трансформаторе, силовая обмотка кото- рого включена вместе с нагрузкой в диагональ преобразователя напряжения между точкой соединения транзисторов и средней клеммой источника питания, одна из крайних клемм которого подключена к коллектору одного из транзисторов преобразователя напряжения, содержащее первую и вторую управляющие обмотки токового трансформатора, предназначенные для подключения к база-эмиттерным переходам соответственно одного и другого транзисторов преобразователя напряжения, и синхронизирующую обмотку токового трансформатора, связанную с выходом

синхронизирующего генератора, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что,- с целью упрощения, конец первой управляющей обмотки, предназначенный для подключения к базе одного из транзисторов, предназначен также для подключения к коллектору другого транзистора, а конец второй управляющей обмотки, предназначенный для подключения к базе другого транзистора, подключен к другой крайней клемме источника питания.

3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что оно снабжено двумя тиристорами, а синхронизирующая обмотка токового трансформатора выполнена со средней точкой, соединенной с катодами тиристоров, аноды которых подключены к концам синхронизирующей обмотки, а управляющие электроды - к выходу синхронизирующего генератора,

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в однотактных и двухтактных преобразователях напряжения с переключением при нуле напряжения. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение надежности. Накопленную в индуктивности нагрузки энергию преобразуют в ток обратного для включения транзистора направления, пропускают этот ток через переход база - эмиттер или база - коллектор в направлении их проводимости, накапливают в этом переходе необходимый для включения транзистора заряд и формируют из накопленного заряда импульс включения транзистора в момент времени, определяемый изменением полярности напряжения на магнитотранзисторном ключе с обратной на прямую. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л с

.1