Устройство для управления транзисторными ключами Советский патент 1992 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления транзисторными ключами регулируемых преобразователей постоянного напряжения.

Известно устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, два транзистора, трансформатор, резисторы и диод. Это устройство имеет низкий КПД изза потерь мощности на резисторах, ограничивающих ток при насыщении магнитопро- вода трансформатора,

Известно также устройство для управления транзисторным ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, два транзистора, трансформатор и разрядную цепь. В этом устройстпе магнитопровод трансформатора работает лишь на участке петли гистерезиса ДВ Bs Вг, что является причиной ухудшения массогабаритных характеЈ

ристик трансформатора и увеличения его тока намагничивания, вызывающей дополнительные потери мощности. Такое устройство имеет невысокие массогабаритные показатели и КПД.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для управления транзисторными ключами, Устройство содержит широтно-импульсный модулятор, три транзистора, трансформатор, дроссель, диод, пороговое устройство и разрядную цепь. Недостатком этого устройства является невысокая надежность из-за относительной сложности его схемы, вызванной, в частности, наличием трех транзисторов, двух моточных узлов и порогового устройства, обычно выполняемого на операционном усилителе.

Цель изобретения - повышение надежности путем упрощения схемы устройства

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления транзисторными ключами, содержащее широтно-импульсный модулятор, выходные выводы которого соединены соответственно с базами первого и через последовательную RC- цепь второго транзисторов, переход база-эмиттер второго транзистора шунтирован диодом, импульсный трансформатор, первая и вторая секции первичной обмотки которого через переходы коллектор-эмиттер соответственно первого и второго транзисторов подключены к выводам источника питания, а выводы вторичных обмоток предназначены для подключения к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей, и размагничивающую цепь, вход которой соединен с соответствующим выходным выводом .широтно-импульсного модулятора, а выход - с выводами размагничивающей обмотки импульсного трансформатора, введены дополнительная обмотка импульсного трансформатора и параллельная RC-цепь, которая включена в разрыв цепи между эмиттером второго транзистора и соответствующим выводом источника питания, к которому первым выводом подключена дополнительная обмотка импульсного трансформатора, которая вторым выводом соединена через резистор с базой второго транзистора.

Предлагаемое устройство имеет более простую схему; введение дополнительной обмотки импульсного трансформаторам параллельной RC-цепи позволило исключить из схемы устройства один транзистор, один моточный узел (дроссель) и пороговое устройство. Благодаря этому обеспечивается существенное повышение надежности устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - возможный вариант схемы предлагаемого устройства с транзисторами

различного типа проводимости; на фиг.З - диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу схемы; на фиг.4 показана траектория перемещения рабочей точки магнитопровода трансформатора по петле

0 гистерезиса.

Устройство содержит широтно-импульсный модулятор 1, который в схеме на фиг.1 имеет прямой и инверсный выходы, а в схеме на фиг.2 - один прямой выход, транзисто5 ры 2 и 3, трансформатор 4, секции 5 и 6 первичной обмотки которого через транзисторы 2 и 3 подключены к выводам 7 и 8 источника питания. База транзистора 3 подключена к выходному выводу модулятора 1

0 через последовательную RC-цепь 9, переход база-эмиттер транзистора 3 шунтирован диодом 10, а в эмиттерную цепь транзистора 3 включена параллельная ЯС-цепь|11. Трансформатор 4 содержит также оомотку 12, первый

5 вывод которой подключен к выводу 7 источника питания, а второй вывод через резистор 13 подключен к базе транзистора 3, вторичные обмотки 14 и 15, предназначенные для подключения к управляющим переходам

0 транзисторных ключей 16 и 17, и размагничивающую обмотку 18, подключенную к выходу размагничивающей цепи 19, включающей в себя транзистор 20, последовательно с которым включен диод 21.

5 Устройство работает следующим образом.

В момент ti на прямом выходе модулятора 1 появляется напряжение Ui (в схеме на фиг.1 появляется также напряжение на

0 инверсном выходе, имеющее противоположный знак, которое на фиг.З не показано), что приводит к открыванию транзистора 2 и появлению напряжения U2 положительной полярности на обмотках трансформатора 4.

5 Транзисторные ключи 16 и 17 при этом также открываются напряжением, поступающим со вторичных обмоток 14 и 15, и через их управляющие переходы начинает протекать ток И. Рабочая точка кривой намагни0 чивания магнитопровода трансформатора 4 при этом начинает перемещаться по участку ti-t2 петли гистерезиса (см. фиг.4).

В момент t2 полярность напряжения Ui на выходе модулятора 1 скачкообразно из5 меняется на противоположную. результате чего транзистор 2 закрывается, а транзистор 3 открывается импульсным током 12, протекающим через RC-цепь 9 и базу транзистора 3. Это приводит к изменению полярности на обмотках трансформатора 4

и закрыванию транзисторных ключей 16 и 17, через управляющие переходы которых при этом протекает импульс тока рассасывания (на фиг.З не показан), перезаряжающего их входные емкости. В это время по участку цепи секция 6 трансформатора 4 - транзистор 3 - НС-цепь 11 также протекает импульсный ток з, который не вызывает резкого увеличения напряжения Уз на RC- цепи благодаря наличию в ней конденсатора.

По мере заряда конденсатора RC-цепи ток i 2 уменьшается до нуля и в дальнейшем транзистор 3 поддерживается в открытом состоянии током , протекающим по участку цепи обмотка 12 трансформатора 4 - резистор 13, переход база-эмиттер транзистора 3 - RC-цепь 11. Рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 при этом перемещается по участку . вызывая изменение направления протекания и величины тока намагничивания Г з.

В результате этогрувеличивается также напряжение из на RC-цепи 11 и за счет действия отрицательной обратной связи уменьшается ток ia, протекающий через переход база-эмиттер транзистора 3. Это приводит к тому, что в момент t3 ток 2 уменьшится настолько, что транзистор 3 начнет закрываться и под действием положительной обратной связи, осуществляемой в схеме устройства благодаря наличию обмотки 12 трансформатора 4. процесс закрывания транзистора 3 и изменения полярности напряжений на обмотках трансформатора 4 происходит скачкообразно.

Благодаря наличию в схеме RC-цепи 11, обеспечивающей действие отрицательной обратной связи, процесс закрывания тран-. зистора 3 начинается при небольшом значении тока намагничивания магнитопровода (Г з), что предотвращает сползание рабочей точки кривой намагничиваня по петле гистерезиса до точки -Bs.

В момент 12 открывается также транзистор 20 размагничивающей цепи 19. Однако ток в цепи транзистор 20 - диод 21 - обмотка 18 трансформатора 4 не протекает,-поскольку, напряжение обмотки 18 прикладывается к диоду 21 в непроводящем направлении.

В момент ts, когда происходит изменение напряжения на обмотках трансформатора 4, диод 21 открывается и в размагничивающей цепи 19 появляется ток, благодаря которому электромагнитная энергия, накопленная трансформатором 4, рассеивается на элементах размагничивающей цепи 19. Транзисторы 16 и 17 при этом остаются

закрытыми, поскольку величина напряжения на обмотках 14 и 15 трансформатора 4 мала, а рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 перемещается по участку .

В момент t4, когда трансформатор 4 отдает всю накопленную энергию, напряжение на его обмотках становится равным нулю.

0После полного закрывания транзистора

3 в момент ts начинает разряжаться через резистор конденсатор RC-цепи 11, и в момент т.5 напряжение Уз становится равным нулю.

5 В момент te изменяется полярность напряжения на выходе модулятора 1, в результате чего открывается транзистор 2 и перезаряжается через диод 10 конденсатор КС-цепи 9 Далее процесс повторяется, при0 чем независимо от длительности импульсов напряжения Ui на выходе модулятора 1 в начале каждого периода рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 будет находиться в точке

5 - Вг петли гистерезиса.

Таким образом. благодаря введению обмотки 12 трансформатора 4 и RC-цепи 11 в схеме устройства действуют такие обратные связи, которые обеспечивают возмож0 ность работы трансформатора 4 во всем диапазоне индукции от -Вг до +ВГ. При этом, по сравнению с устройством-прототипом, такой режим работы трансформатора 4 обеспечивается с помощью значительно бо5 лее простой и надежной схемы.

Формула изобрете ни я Устройство для управления транзисторными ключами, содержащее диод, широтно- импульсный модулятор, прямой выход

0 которого подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого подключен к отри- цательному выводу источника питания, а коллектор соединен с концом первичной обмотки импульсного трансформатора, выпол5 ненной в виде двух последовательно-согласно включенных секций, средняя точка которой соединена с положительным выводом источника питания, причем начало первичной обмотки импульсного трансформа0 тора подключено к коллектору второго транзистора, выводы размагничивающей обмотки импульсного трансформатора подключены к выходу размагничивающей цепи, а выводы вторичных обмоток импульсного

5 трансформатора предназначены для подключения к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей,, о т я и- чающееся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения устройства, в него введены допопнительная обмотка импульсного трансформатора, параллельная RC-цепь и последовательная RC-цепь причем эмиттер второго транзистора через параллельную RC-цепь подключен к отрицательному выводу источника питания, переход база-эмиттер второго

транзистора зашунтирован диодом, а база второго транзистора через последовательную RC-цепь подключена к инверсному выходу широтно-импульсного модулятора, подключенному ко входу размагничивающей цепи.

Сущность изобретения устройство содержит широтно-импульсный модулятор 1, пять транзисторов 2,3,16,17,20 один трансформатор 4, имеющий шесть обмоток 5,6,12,14,15.18, последовательную RC-цепь 9, параллельную RC-цепь 11, два диода 10,21, резистор 13, размагничивающую цепь 19. При открытом состоянии транзистора 2 транзисторные ключи 16 и 17 открыты, а транзистор 3 и транзистор 20 размагничивающей цепи 19 закрыты При изменении полярности напряжения на выходе модулятора 1 транзистор 2 закрывается, а транзисторы 3 и 20 открываются, причем транзистор 3 в первый момент времени открывается током RC-цепи 9, а затем поддерживается в открытом состоянии током обмотки 12 трансформатора 4. Импульс тока рассасывания при закрывании транзисторных ключей 16 и 17 не вызывает скачка напряжения на RC-цепи 11 благодаря наличию в ней конденсатора. Однако в дальнейшем это напряжение увеличивается из-за роста тока намагничивания магнитопрово- да трансформатора 4 и действующие в схеме обратные связи вызывают закрывание транзистора 3 при небольшом значении тока намагничивания, что предотвращает сползание рабочей точки кривой намагничивания в область насыщения. Во время паузы полярность напряжения на обмотках трансформатора 4 изменяется и накопленная им электромагнитная энергия рассеивается на элементах размагничивающей цепи 19 Величина напряжения на обмотках 14 и 15 при этом невелика, и транзисторные ключи 16 и 17 остаются закрытыми. 4 ил. С/

а Ч

О-V

, -ч

AIL

Пч

ti

JU

-н

л

.Г+х

.

л.

го

со X

Г.

гк

, I

f

гь

г

+fl

Фиг. 4