Устройство для управления силовымпОлупРОВОдНиКОВыМ КлючОМ Советский патент 1981 года по МПК H02M1/08 

1

Изобретение oтнoqитcя к электротехнике и может быть использовано Для управления транзисторными или тиристорными ключами автономных инверторов.

Известно устройство для поджига управляемого электрического вентиля, в частности тиристора, содержащее вспомогательный источник постоянного напряжения и устройство формирования импульсов включения силового ключа, состоящее из фототранзистора, включенного -коллектором и эмиттером последовательно со вспомогательным источником и управляющим переходом силового ключа, что позволяет формировать на потенциале силового ключа .импульсы тока управления произвольной длительности. Для реализации этого устройства необходимо в системе управления формировать световые импульсы такой же длительности Ij.

Ограниченные частотные возможности оптронов не позволяют сформировать крутые фронты тока управления и использовать предельные частотные возможности современных силовых тиристорных и транзисторных ключей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления силовым полупроводниковым ключом, содержащее вспомогательный источник и полупроводниковый ключ, резистор и генератор строб-импульсов запуска, причем управляющие переходы вспомогательного и силового ключей включены последовательно, управляющий переход силового ключа щунтирован встречным диодом, вспомогательный источник имеет вывод промежуточного уровня, соединенный с эмиттером силового ключа, один из крайних выводов источника присоединен через резистор к силовому электроду вспомогательного полупроводникового ключа, причем выход генератора строб-импульсов запуска включен между

управляющим электродом вспомогательного полупроводникового ключа и эмиттером силового ключа, чем достигается форсировка фронтов импульсов управления силового полупроводникового ключа, как на этапе включения, так и на этапе запирания 2.

Недостаток устройства малый КПД из-за того, что вспомогательный источник все время подключен к силовому ключу. Цель изобретения повышение КПД. Поставленнад цель достигается тем, что устройство для управления силовым полупроцодниковым ключом, содержащее шунтирующий в обратном направлении управляющий переход силового ключа диод, связанный с источником смещения и через ключевой элемент с источником питания, и источник управляющих строб-импульсов, выход которого включен между одним из электродов ключевого элемента и одним из электродов силового ключа, снабжено дополнительным ключевым элементом, выполненным на двухтранзисторах одного типа проводимости, базы которых подключены к силовому электроду ключевого элемента, эмиттеры - к управляющему электроду силового ключа, коллектор одного связан с полюсом источника питания, а коллектор другого - с полюсом источника смещения и базами транзисторов. В варианте устройства один из выводов источника строб-импульсов подключен к управляющему электроду силового ключа. В другом варианте устройство снабжено пороговым элементом, включенным между управляющим и силовым электродами ключевого элемента, причем второй вывод источника строб-импульсов подключен к другому силовому электроду ключевого элемента. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для управления силовым полупроводниковым ключом; на фиг. 2 и 3 варианты устройства. Устройство для управления си,ловым полупроводниковым ключом 1 содержит источник 2 питания и источник 3 смещения, подключенные к управляющему переходу ключа 1, зашунтированному в обратном направлении диодом 4, через ограничительный элемент 5, ключевой элемент 6 и дополнительный ключевой элемент 7 соответственно. Дополнительный ключевой элемент 7 выполнен в виде двух транзисторов 8 и 9 разного типа проводимости, базы которых подключены к силовому электроду элемента 6, эмиттеры - к управляющему электроду ключа 1, коллектор транзистора 8 через ограничительный элемент подключен к положительному полюсу источника 2, а коллектор транзистора 9 через ограничительный элемент 10 подключен к отрицательному полюсу источника 3 и к базам транзисторов 8 и 9. Выводы 11 и 12 входы блока источника управляюших строб-импульсов 13 подключены к управляющему электроду элемента 6 и силовому электроду ключа 1. Вывод 12 источника 13 подключен к управляющему электроду ключа 1. В другом варианте устройства пороговый элемент 14 включен между управляющим и силовым электродами элемента 6 и вывод Г1 источника 13 подключен к другому силовому электроду элемента 6. Устройство работает следующим образом. Если ключевой элемент 6 закрыт, то транзистор 8 закрыт, транзистор 9 открыт и через диод 4 протекает ток в прямом направлении, силовой ключ 1 заперт. Для переключения силового ключа 1 в открытой состояние на управляющие входы 11, 12 источника строб-импульсов 13 подается короткий положительный сигнал, длительность которого определяется минимально-допустимым значением времени включения ключевого элемента 6. Ток положительйого сигнала, протекая через управляющие переходы ключевого элемента 6, транзистора 8 и силового ключа 1 включает их практически в течение 1 мк.сек. После включения ключевого элемента 6 заканчивается действие положительного сигнала запуска, при этом ключевой элемент 6, транзистор 8 и силовой ключ 1 остаются в открытом состоянии. Подача отри1 ательного сигнала от источника 13 на управляющие входы 11, 12 обусловливает протекание тока этого сигнала через диод 4, эмиттер-базовый переход транзистора 9 и через .управляющий переход ключевого элемента. 6 в обратном направлении, в результате чего происходит запирание транзистора 8 и силового ключа 1. После надежного запирания ключевого элемента 6 заканчивается действие отрицательного сигнала запуска, при этом, силовой ключ 1 остается в закрытом состоянии, которое поддерживается падением напряжения на диоде 4 током, протекающим от источника смещения 3 через открытый транзистор 9. Принцип действия устройства не изменяется при подключении вывод 12 источника строб-импульсов 13 к управляющему электрод силового ключа 1 (фиг, 2). В случае, когда требуемый ток управления силового ключа I на этапе выключенного состояния больше тока на этапе включенного состояния может быть применен вариант устройства на схеме фиг. 3. Величина порогового напряжения включения элемента 14 должна быть больще разности потенциалов, между положительным Е1 и отрицательным Е2 полюсами источников 2 и 3. В этом случае на этапе включенного состояния силового ключа 1 включен транзистор 8, а транзистор 9 и ключевой элемент 6 выключены. На этапе выключенного состояния транзистор 8 заперт, а транзистор 9 и ключевой элемент 1 включены. Перевод схемы из включенного состояния в выключенное осуществляется подачей на управляющие входы 11, 12 короткого положительного сигнала запуска. Ток этого сигнала, проходя через диод 4, эмиттер-базу транзистора 9, пороговый элемент 14 и управляющий переход ключевого элемента 6, .выключает силовой ключ 1. Переключение из выключенного состояния во включенное осуществляется подачей короткого отрицательного сигнала запуска на входы 11,, 12, ток которого, протекая через управляющий переход ключевого элемента 6 в обратном направлении, база-эмиттер транзистора 8 и база-эмиттер силового ключа 1 форсирует процессы коммутации и переводит ключ 1 в открытое состояние. Таким образом, введение дополнительного ключевого элемента позволяет отклюnUl и IWiKJ4CDUl U jJiCiVicni а iiwoDv i i - t i viiv чать источник смещения 3 на время вклюключа 1, что ченного состояния силового повыщает КПД устройства. Формула изобретения 1. Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом содержащее шунтирующий в обратном направлении управляющий переход силового ключа диод, связанный с источником смещения и .через ключевой элемент с источником питания, и источник управляющих строб-импульсов, выход которого включен между одним из электродов ключевого элемента и одним из электродов силового ключа, отличающееся

ilL

+ Bt

п

tMj

iz

0

ri

1 тем, что, с целью повышения КПД оно снабжено дополнительным ключевым элементом, выполненным на двух транзисторах разного типа проводимости, базы которых подключены к силовому электроду ключевого элемента, эмиттеры - к управляющему электроду силового ключа, коллектор одного связан с полюсом источника питания, а коллектор другого - с полюсом источника смещения и с базами транзисторов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся -- -1.тем, что один из выводов источника стробимпульсов подключен к управляющему электроду силового ключа. 3. Устройство по п. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено пороговым элементом, включенным между управляющим и силовым электродами ключевого элемента, причем второй вывод источника строб-импульсов подключен к другому силовому электроду ключевого элемента. Источники информации, / принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ФРГ № 2360173, кл. Н 02 М 1/08 1975. 2 Авторское свидетельство СССР по заявке № 2499950/07, Н 02 М 1/08, 1977.