Устройство для управления высоковольтным силовым транзистором Советский патент 1993 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в транзисторных инверторах и преобразователях постоянного напряжения.

Цель изобретения: повышение надежности, которая достигается исключением триггеров, повышение быстродействия защиты, введением режима автоматического возврата в исходное состояние после срабатывания защиты от перегрузки, и блокировке импульсов управления при снижении отрицательного уровня питания.

На чертеже приведена электрическая схема управления.

Устройство управления высоковольтным силовыми транзисторами содержит элемент гальванической развязки 1, например, оптрон, промежуточный каскад 2, усилитель мощности 3,каскад защиты 44, каскад блокировки 5, двухполярный источник питания 6, клеммы для подключения силового

транзистора 7, 8, 9, клеммы для подключения сигнала управления 10, 11, четыре компаратора 12, 13, 14, 15, источник опорного напряжения 16, интегрирующую цепь 17, два конденсатора 18, 19, семь резисторов 20-26 и шесть диодов 27-32.

Клеммы для подключения сигнала управления 10, 11 соединены со входами элемента гальванической развязки 1, первый выход которого соединен через первый резистор 20 с положительным выводом двух- полярного источника питания и первыми входами первого 12 и второго 13 компараторов, промежуточного каскада 2, выходы которых соединены с первым и вторым входами усилителя мощности 3. выход которого соединен с клеммой 7 для подключения базового вывода силового транзистора. Второе выхол этемента гальванической разэягяи- ; соединен с выходом четвертого кооператора 15 каскада защиты 4. шестым 25 и вторым 21 оезисторами. причем второй вывод оезиг i орч 71 первый конденсатор if соединен :, катодом второго 28 и эмодим р01ьего 29 диодов. Катод диода 29 ссадине -- с неинвертирующим входом четвертого компаоатора 15 и катодом четвертого им од,ч о0 анод которого соединен с выл-:дггм иммигрирующей цепи 17 и анодами пятого 31 и шестого 12 диодов. Катод диода J2 через лятый резистор 24 соединен с выходом второго компаратора 13, а катод пятого диодо 31 соединен с неинвертирующим входом третьего компаратора 14 каскада блокировки 5, первым выводом четвертого резистора 23 и анодом первого дмода 27, катод которого соединен с клеммой 3 для подключения коллектора силового транзистора. Выход третьего компаратора 14 соединен со вторыми входами первого 12 и второго 13 компараторов, и через третий резистор 22 с выходом источника опорного напряжения 16 и инвертирующим входом четвертого компаратора 15. выводы питания компараторов 12. 13, И, 15 и усилителя мощности 3 подключены к соответствующим выводам двухполярного источника питания 6, отрицательный вывод которого подключен также к аноду второго диода 28, а положительный ко вторым выводам резисторов 23, 25 и 26 интегрирующей цепи 17, источнику опорного напряжения 16. вторые выводы двух последних соединены с его общим выводом, инвертирующим входам третьего компаратора 14. и клеммой 9 для подключения эмиттера силового транзистора.

Устройство работает следующим образом, в исходном состоянии т.е. при включенном двухполярном источнике питания 6 и

отсутствии управляющего импульса через первый резистор 20 на первые входы, инвертирующий и неинвертирующий соответ- ственно, первого 12 и второго 13

компараторов поступает положительный уровень напряжения по величине больший, чем на их вторых входах, при этом на выходе первого компаратора 12 присутствует отрицательный, а на выходе второго компаратора 13 положительный сигналы. Транзистор 35 усилителя мощности 3 закрыт, а транзисторы 36 и 37 открыты, при этом на базе силового транзистора, клемма 7, устанавливается отрицательный уровень напряжения.

5 На выходе третьего компаратора 14 положительный уровень напряжения. Второй конденсатор 19 через шестой диод 32, резистор 24 и первый компаратор 12 заряжен до отрицательного потенциала. Четвертый ком0 парзтор 15 находится во включенном состоянии.

С приходом импульса управления фотодиод оптрона элемента гальванической развязки 1 переходит в проводящее состояние

5 и потенциал напряжения на первых входах первого 12 и второго 13 компараторов становится меньше, чем на их вторых входах. Компараторы переключаются, транзистор 35 усилителя мощности 3, переходит в про0 водящее состояние, транзисторы 36, 37 выключаются и силовой транзистор открывается. При этом, величина напряжения на втором конденсаторе 19, интегрирующей цепи 17 становится равной сумме

5 прямых падений напряжения пятого 31, первого 27 диодов и силового транзистора. Выходное напряжение источника опорного напряжения 16 выбирается большей величины, поэтому четвертый компаратор 15 ка0 скада защиты 4 остается во включенном состоянии. Если режим работы силового транзистора не меняется, то процессы повторяются.

Если управляющий сигнал приходит в

5 момент времени, когда через обратный диод, параллельный силовому транзистору, еще протекает ток, потенциал его коллектора относительно эмиттера становится отри- цательным. При этом, потенциал

0 напряжения на неинвертирующем входе, третьего компаратора 14, каскада блокировки 5, становится меньше, чем на его инвертирующем входе, На выходе компаратора 14 устанавливается отрицательный уровень

5 напряжения, который накладывает блокировку по вторым входам компараторов 12, 13 на прохождение импульса управления, до тех пор, пока через обратный диод протекает ток. Отрицательный уровень напряжения на база-эмиттерном переходе

силового транзистора удерживает его в закрытом состоянии и препятствует протеканию инверсного тока.

В безаварийном режиме силовой транзистор находится в насыщенном состоянии и его прямое падение напряжения невелико. При перегрузке по току рабочий режим работы транзистора смещается в активную область, напряжение на его коллектор- эмиттерном переходе увеличивается и вызывает увеличение напряжения на втором конденсаторе 19. В этот момент, когда напряжение на нем станет больше, чем на выходе источника опорного напряжения 16, четвертый компаратор 15, каскада защиты 4, выключается и обрывает цепь протекания тока через фотодиод оптрона элемента гальванической развязки 1 .Первый 12 и второй 13 компараторы переключаются и к базе силового транзистора прикладывается отрицательный уровень напряжения, транзистор закрывается. Компаратор 15 находится в выключенном состоянии до тех пор, пока по цепи: положительный вывод двух- полярного источника питания, шестой 25, второй 21 резисторы, первый конденсатор 18, третий диод 29 и вход компаратора 15 протекает ток. После чего, он переходит снова во включенное состояние, первый конденсатор 18 быстро разряжается через второй диод 28, резистор 21 и компаратор 15. Если перегрузка не устранилась, устройство работает в режиме автоматического повторного включения.

Если в устройстве закоротить первый конденсатор 18, то после режима перегрузки компаратор сработает .однократно, т.е. реализуется функция защиты с защелкой.

Если не устанавливать шестой резистор 25, то после режима перегрузки компаратор 15 будет находиться в выключенном состоянии только то время, пока присутствует импульс управления и фотодиод элемента гальванической развязки 1 находится в проводящем состоянии, т.е. реализуется функция защиты с укорачиванием импульса.

При введении дополнительного рези- стивного делителя напряжения 38 и диода 39 компаратор 15 выполняет вторую функцию - контроль уровней питания, так как при снижении (или пропадании) отрицательного уровня питания он также переходит в выключенное состояние и блокирует импульсы управления. Наиболее полезно эта функция проявляется в моменты подачи и снятия питания.

Формула изобретения

1. Устройство для управления высоковольтным силовым транзистором, содержащее клемму подключения базы силового

транзистора, соединенную с выходом усилителя мощности, выполненного с первым и вторым входами подачи сигналов запирания и отпирания силового транзистора, со- 5 ответственно соединенными с первым и вторым выходами промежуточного каскада соответственно, первый вход которого соединен с первым выводом первого резистора и первым выходом элемента гальваниче0 ской развязки, входы которого соединены с клеммами подключения сигнала управления, а второй выход соединен с первым выводом второго резистора и выходом каскада защиты, каскад блокировки, выход которого

5 соединен с вторым входом промежуточного каскада и первым выводом третьего резистора, первый диод, катод которого соединен с клеммой для подключения коллектора силового транзистора, а анод соединен с

0 входом каскада блокировки и первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, первым входом источника опорного напряжения и положительным выво5 дом даухполярного источника питания, общий вывод которого соединен с клеммой подключения эмиттера силового транзистора и вторым входом источника опорного на- пряжения, а положительный и

0 отрицательный выводы соединены с входами питания каскадов и усилителя мощности, пятый резистор, конденсатор и интегрирующую цепь, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, введены

5 четыре компаратора и второй, третий, четвертый, пятый и шестой диоды, причем выходы первого и второго компараторов использованы в качестве первого и второго выходов промежуточного каскада, в качест0 ве первого входа которого использованы соединенные первые разноименные входы первого и второго компараторов, соединенные вторые входы которых использованы в качестве второго входа промежуточного ка5 скада, выход третьего компаратора использован в качестве выхода каскада защиты, соединенного через последовательно включенные второй резистор и конденсатор с катодом второго диода и анодом третьего

0 диода, катод которого соединен с катодом четвертого диода и неинвертирующим входом третьего компаратора, инвертирующий вход которого соединен с вторым выводом третьего резистора и выходом источника

5 опорного напряжения, анод второго диода соединен с отрицательным выводом двухпо- лярного источника напряжения, общий вывод которого соединен с первым выводом конденсатора интегрирующей цепи и инвертирующим входом четвертого компаратора, выход которого использован в качестве выхода каскада блокировки, в качестве входа которого использован неинвертирующий вход четвертого компаратора, соединенный с катодом пятого диода, анод которого соединен с вторым выводом конденсатора интегрирующей цепи, первым выводом резистора интегрирующей цепи, и анодами четвертого и шестого диодов, катод шестого диода через пятый резистор соединен с первым выходом, промежуточного каскада, а второй вывод резистора интегрирующей цепи соединен с положительным выводом двухполярного источника напряжения.

2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что введен шестой резистор, включенный между положительным выводом

двухполярного источника напряжения и выходом третьего компаратора.

3.Устройство по п. 2,о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что первый вывод конденсатора

соединен с его вторым выводом.

4.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что в качестве источника опорного напряжения использован резистивный делитель напряжения.

5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что введен седьмой диод и вспомогательный резистивный дeлиfeль. напряжения, входные выводы которого включены между положительным и отрицательным

выводами двухполярного источника напряжения, а выходной вывод соединен с анодом седьмого диода, катод которого соединен с неинвертирующим входом третьего компаратора.

Сущность изобретения: устройство содержит оптронный элемент гальванической развязки 1, каскады промежуточного усиления 2, защиты 4 и блокировки 5, выполненные в виде компараторов, транзисторный усилитель мощности 3,двухполярный источник питания 6, клеммы 7, 8, 9 для подключения силового транзистора и клеммы для подачи сигнала управления 10, 11. В безаварийном режиме импульсы управления после элемента гальванической развязки проходит двойное усиление в промежуточном каскаде и транзисторном усилителе мощности и поступают на базу силового транзистора. Если управляющий импульс поступает в момент, когда через обратный диод, включенный параллельно силовому транзистору, еще протекает ток, каскад блокировки вносит задержку импульса управления до момента спадания тока до нуля, тем самым препятствуя протеканию инверсного тока через силовой транзистор. Если в момент прохождения импульса управления происходит перегрузка силового транзистора по току, приводящая его к выходу из режима насыщения, происходит срабатывание каскада защиты, который блокирует импульсы управления на время, задаваемое его внутренней RC-цепью. При сохранении перегрузки защита работает в режиме автоматического повторного включения. Устройство имеет простую перестройку функций защиты: с защелкой или укорачиванием импульса управления и кроме того, осуществляет контроль от снижения собственного отрицательного уровня питания. 4 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л

I-

1-з