Устройство для управления силовым транзистором Советский патент 1982 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения импульсных стабилизаторов, регуляторов, транзисторных реле и других силовых устройств при повышенных требованиях к их КПД и надежности. Известны устройства управления си ловыми транзисторами, построенные на трансформаторах и транзисторах и позволяющие осуществить согласование низкоомной входной цепи силового тра зистора с высокоомными цепями управления 1 . Недостатками данных устройств являются низкий КПД, а также плохая форма импульсов управления. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство, содержащее два трансформатора,первичные обмотки которых подключены к двум источникам, сдвинутых по фазе на регулируемый угол прямоугольных напряжений, два транзистора, база-эмиттерные переходы которых шунтируют вторичные обмотки одного из трансформаторов со средней точкой, подключенной к первой выходной клемме, а к второй выходной клемме устройства подключен средний вывод вторичных обмоток другого трансформатора, включенных крайними выводами в коллекторные цепи указанных транзисторов 2. Недостатком известного устройства для управления силовым транзистором является то, что коммутирующие транзисторы периодически работают в инверсном режиме, в результате чего требования к используемым транзисто-рам в части допустимого обратного напряжения, прикладываемого к переходу база-эмиттер, повышены из-за необходимости подавать на этот переход напряжение в два раза большее, чем напряжение, прикладываемое между эмиттером и коллектором, вследствие этого мощность, потребляемая от переключающего коммутирующие транзисторы источника, увеличена более,чем в два раза по сравнению с мощностью, потребляемой транзистором при переключении в обычном режиме. Цель изобретения - повышение КПД и надежности устройства. Поставленная цель достигается тем что устройство для управления силовым транзистором, содержащее два тра сформатора, первичные обмотки которы подключены к двум источникам прямоуг льных напряжений, концы вторичных обмоток связаны с выходными клеммами два транзистора, снабжено двумя диодами, открывающий источник прямоугол ных напряжений выполнен с переменной во времени длительностью импульсов, закрывающий источник прямоугольных напряжений выполнен с фиксированной длительностью импульсов, а две вторичные обмотки каждого трансформатор выполнены раздельными, одна из которых подключена к выходным клеммам устройства одним выводом непосредственно, а другим - через последовател ную цепь, состоящую из диода и эмиттер-коллекторного перехода транзистора, к переходу база-эмиттер которого через резистор подключена другая вторичная обмотка того же трансформатора, при этом выход открывающего источника соединен с синхронизирующим входом закрывающего источника. На фиг. 1 приведена схема устройства для управления силовым транзистором; на фИг. 2 - временные диаграм мы, поясняющие работу данного устрой ства. Устройство (фиг. 1) содержит синхронизированные между собой открываю щий источник 1 и закрывающий источник 2, к которым подключены первичные обмотки 3 и t соответственно трансформаторов 5 и 6. Вторичная обмотка 7 трансформатора 5 и вторичная обмотка 8 трансформатора б подключены к выходным клеммам 9 и 10 устройства: к клемме 9 непосредственно, а к клемме 10 соответственно через пос ледовательные цепи, составленные из диодов 11 и 12 и транзисторов 13 и 14, к переходам база-эмиттер котог ых соответственно через резисторы 15 и 16 подключены вторичные обмотки 17 трансформатора 5 и 10 трансформатора 6. К выходным клеммам 9 и . 10 устройства подключен через резис74тор 19 силовой транзистор 20, переход эмиттер-база которого затиунтирован резистором 21. Работа предлагаемого устройства для управления силовым транзистором основана на разделении процессов . открывания и закрывания силового транзистора. Следовательно, при его работе можно выделить режимы открывания и закрывания силового транзистора. Пусть включение транзисторов и диодов и направление намотки трансформаторов соответствуют показанным на фиг. 1. Рассмотрим режимы открывания и закрывания силового транзистора, поясняя временйьЫи диаграммами напряжений фиг. 2). S режиме открывания напряжение открывающего .источника 1, имеющее форму однополярных прямоугольных импульсов переменной длительности (диаграмма О ) посредством трансформаторов 5 преобразуется в два напряжения, одно из которых, появляющееся на вторичной обмотке 17 трансформатора 5 (диаграмма в) прикладывается через резистор 15 к переходу базаэмиттер транзистора 13 и открывает этот транзистор в момент действия импульса на выходе открывающего источника 1. Другое напряжение, появляющееся на вторичной обмотке 7 (диаграмма 2) через последовательную цепь, составленную из тран Зистора 13 и диода 11 прикладывается к выходным клеммам 9 и 10 (положительные импульсы на диаграмме Ж). Диод 11 включен таким образом, что когда транзистор 13 открыт, то и диод 11 находится в проводящем состоянии. Это напряжение подается через токоограничивающий резистор 19 на переход база-эмиттер силового транзистора 20, открывая его. По окончании импульса открывающего источника 1 транзистор. 13 закрывйется, а диод 11 отсекает импульсное напряжение отрицательной полярности, появляющееся на- вторичной обмотке 7 трансформатора 5. В открывающем источнике 1 приняты меры, чтобы амплитуда импульсов отрицательной полярности на вторичных обмотках 7 и 17 трансформатора. 5 не превышали величины максимально допустимого обрэтного напряжения для транзистора 13 и диода 11. В режиме закрывания напряжение закрывающего источника 2, имеющее форму однополярных прямоугольных им пульсов постоянной длительности(диаграмма $ ), посредством трансформатора 6 преобразуется в два напряжения, одно из которых, появляющееся на вторичной обмотке 18, трансформатора 6 (диаграмма 6), прикладывается через резистор 16 к переходу база-эмиттер транзистора 1 и открывает этот транзистор в момент деистВИЯ импульса на выходе закрывающего источника 2. Другое напряжение, появ ляющееся на вторичной обмотке .8 (диаграмма ), через последовательную цепь, составленную из транзистора k диода 12, включенного таким образом, что, когда транзистор I открыт, то и диод 12 находится в проводящем состоянии, прикладывается к выходным клеммам 9 и 10 (отрицательные импульсы на диаграмме 3|С ). Это напряжение подается через токоогра ничивающий резистор 19 на переход база-эмиттер силового транзистора 20 и закрывает его. По окончании импуль са закрывающего источника 2 транзистор 14 закрывается, диод 12 оказывается смещенным в обратном направлении и отсекает импульсное напряжение положительной полярности, появляющееся на вторичной обмотке 8 тран сформатора 6, не пропуская его на вход силового транзистора. Таким образом, силовой транзистор управляется двухполярными импульсами (диаграмма Ж ) импульсами полох{ительной полярности, амплитуда которых может быть взята достаточной для надежного его открывания, и импульсами отрицательной полярноети, амплитуда и длительность которых достаточны для надежного его закрывания. Предлагаемое ycтpoйtтвo для управ ления позволяет значительно уменьшит длительность переходного процесса переключения силового транзистора, так как транзистор управляется двухполярными импульсами напряжения опти мальной длительности, исключить инверсный режим работы коммутирующих транзисторов и oHki работают в режимах оговоренных техническими условиями. Вследствие этого уменьшается мощность, рассеиваемая силовым транзистором в момент переходного процесса его переключения, требования к коммутирующим транзисторам в части допустимого обратного напряжения, прикладываемого к переходу база-эмиттер, не превышают допустимые, оговоренные техническими условиями, суммарная мощность, потребляемая от указанных источников меньше чем в известном устройстве, так как не надо увеличивать в два раза амплитуду напряжения выходных импульсов одного из источников. Формула изобретения Устройство для управления силовым транзистором,содержащее два трансформатора, первичные обмотки которых подключены к двум источникам прямоугольных напряжений, концы вторичных обмоток связаны с выходными Клеммами, I два транзистора, отличающеес я тем, что, с целью повышения КПД и надежности устройства, оно снабжено двумя диодами, открывающий источник прямоугольных напряжений выполнен с переменной во времени длительностью импульсов, закрывающий источник прямоугольных напряжений выполнен с фиксированной длительностью импульсов, а две вторичные обмотки каждого трансформатора выполнены раздельными , одна из которых подключена к выходным «клеммам устройства одним выводом непосре 1ственно, а другим через последовательную цепь, состоящую из диода и эмиттер-коллекторного перехода транзистораj к переходу база-§миттер которого через резистор подключена другая вторичная обмотку того же трансформатора, при этом выход открывающего источника соединен с синхронизирующим входом закрывающего источника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 . Авторское свидетельство СССР. № 708332, кл. Н 02 Р 13/26, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР № 57+845, кл. Н 02 Р 13/1 о, 1D76.