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

(54) УСТРОЙСТВО для УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ

клочом

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в ключевых регулируемых усилителях мощности, преобразователях постоянного напряжения в переменное и т.д.

Известны устройства для управления силовым транзисторным ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, три коммутирующих транзистора, трансформатор с двумя первичными и одной вторичной обмотками, подключенные через резистор ко входу силового ключа Cl Недостатком таких устройств является невысокий коэ(1|фициент полезного действия, обусловленный потерями мощности на токоорганимительном резисторе в базовой цепи силового ключа.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по средствам

И достигаемому результату является устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее трансформатор с одной входной и одной выходной обмоткой со средним выводом, один крайний вывод которой подсоединен к клемме для подключения базы транзистора ключа, второй крайний вывод соединен с клеммой для подключения нагрузки

10 и средний вывод соединен с клеммой для подключения эмиттера транзистора ключа, при этом входная обмотка трансформатора подсоединена одним выводом через первый резистор к

15 клемме для подключения первого вывода источника.питания и вторым выводом - к коллектору управляющего транзистора, база которого подсое20динена через второй резистор к выходу (1юрмирователя импульсов и эмиттер - к клемме для подключения второго вывода источника питания Г 2.

397

Недостатком известного устройства является то, что не обеспечиваются требуемые параметры выходного напряжение в ре:жиме малых токов, особенно на низких частотах.

Целью изобретения является расширение диапазона амплитуды коммутируемого тока.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным резистором, отпирающим транзистором и инвертором и трансформатор снабжен дополнительной входной обмоткой, один вывод которой подсоединен через дополнительный- резистор к клемме для подключения первого вывода источника питания и второй вывод к коллектору отпирающего транзистора, база кй)торого соединена через щверТОР с выходом формирователя импульсов, а эмиттер - с эмиттером управляющего транзистора.

Кроме того, устройство снабжено диодом, анод которого соединен с клеммой для подключения первого вывода источника питания, а катод - с первым выводом дополнительного резистора .

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы; на фиг. 3 - петля перемагничивания магнитопровода трансформатора.

Устройство для управления силовым транзисторным ключом 1 содержит трансформатор 2, выходная обмотка 3 которого включена последовательно с ключом 1, обмотка 4 подключена к первому переходу эмиттер-баЗа ключа 1, входная обмотка 5 одним выводом через резистор 6 подключена к источнику питания 7 и другим выводом - к коллектору управляющего транзистора 8, дополнительная входная обмотка 9 одним выводом через резистор 10 и диод 11 подключена к источнику питания 7 и другим выводом - к коллектору отпирающего транзистора 12. База транзистора 8 и через инвертор 13 база транзистора 12 подключены к формиров телю управляющих импульсов Н. Клеммы 15 и 16 предназначены для подключения силового ключа к другим элементам преобразователя.

Устройство работает следующим об- разом.

14

Транзисторы 8 и 12 переключаются сигналом с формирователя управляющих импульсов 14 в противофазе (фиг. 2 а,б). В момент времени t,, когда силовой ключ 1 еще открыт, на транзистор 8 поступает отпирающий сигнал , а на транзистор 12 - запирающий. При отпирании транзистора 8 по обмотке 5 протекает ток, ограниченный резистором 6. Ток этой обмотки передается в обмотку Л, в результате чего базовый ток изменяет знак (фиг. 2 в), и происходит рассасывание неосновных носителей из базы силового ключа 1. По окончании этого процесса в момент времени t протекание тока базы в обратном направлении прекращается, к обмотке 5 прикладывается практически все напряжение источника питания 7. а на обмотке 4 индуцируется напряжение, запирающее силовой ключ 1 (фиг.2 г) который переходит в режим отсечки. Под действием напряжения на обмотке 5 в интервале времени t.-tа происходит перемагничивание магнитопровода трансформатора по кривой а,б,в,г (фиг. З) в обратном направлении до насыщения. Напряжение на обмотке 5 уменьшается по мере увеличения намагничивающего тока и увеличения падения напряжения на резисторе 6. При насьщении магнитопровода трансформат ра в момент времени to напряжение на обмотке 5 падает до нуля (без учета активного сопротивления обмотки). В интервале времени . напряжение на обмотках трансформатора равно нулю, а через обмотку 5 протекает ток, определяемый резистором 6 и напряжением источника питания, В момент времени t происходит выключение транзистора 8. При номинальной нагрузке за счет ЭДС самоиндукции, возникаемой .при выключении транзистора 8, на обмотке 4 появляется отпирающий сигнал, ключ 1 открывается и в дальнейшем за счет положительной обратной связи по току между обмотками и 3 поддерживается в насыщенном состоянии. Под действием напряжения на обмотке 3 происходит перемагничивание магнитопровода трансформатора по кривой в,д, а (фиг. 3) до момента выключения ключа 1.

Насыщенное состояние ключа 1 поддерживается за счет тока, трансформируемого из обмотки 9. Величина этого тока задается резистором 10. С увеличением тока нагрузки напряжение на обмотках 3 и возрастает, что приводит к возрастанию напряжения на-дополнительной обмотке 9 и уменьшению протекающего через не го тока. При дальнейшем увеличении тока нагрузки напряжение на обмотке 9 превысит напряжение источника пи тания 7 и при отсутствии диода 11 ток нагрузки будет трансформировать ся в этот источник, протекая инверсно через транзистор 12. Такая тран сформация тока нагрузки в источник ведет к нестабильности его выходног напряжения и к увеличению потерь мо ности на элементах введенной цепочки. Для устранения этого явления слу жит диод 11, отсекающий обратный то в этой цепи. Насыщенное состояние силового ключа 1 на требуемый интервал времени может быть обеспечено путем пр менения магнитопровода трансформатора с мягкой петлей перемагничивания и большого типоразмера. Однако при этом уменьшается индуктивность трансформатора, ведущая к увеличению тока намагничивания и уменьшению тока базы в конце интервала отк рытого состояния силового ключа. Это может привести при увеличении тока нагрузки к преждевременному выходу из насыщения силового ключа, когда его коэффициент передачи по току падает. Для обеспечения насыщенного состояния силового ключа в конце интервала проводимости необходимо умен шить коэффициент трансформации между обмотками 3 и , т.е. увеличить ток базы, что ведет к увеличению по«терь в силовом ключе и всего устрой ства управления. Увеличение типоразмера сердечника трансформатора и числа витков для увеличения индуктивности трансформа тора ведет не только к увеличению массы и габаритов устройства, но и к росту потерь мощности в трансформа торе за счет увеличения тока базы и активных сопротивлений обмоток. Введение цепочки из последователь но соединенных резистора, дополни-тельной обмотки на трансформаторе, о пирающего транзистора и диода позволяет расширить диапазон амплитуды коммутируемого тока без увеличения Г типоразмера магнитопровода трансформатора и потерь мощности в устройстве управления и силовом ключе, так как с увеличением тока нагрузки введенная цепь не оказывает влияния на работу устройства. Формула изобретения 1. Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее трансформатор с одной входной и одной выходной обмоткой со средним выводом, один крайний вывод которой подсоединен к клемме для подключения базы транзистора ключа,, второй крайний вывод соединен с клеммой для подключения нагрузки и средний вывод соединен с клеммой для подключения эмиттера транзистора ключа, при этом входная обмотка трансформатора подсоединена одним выводом через первый резистор к клемме для подключения первого вывода источника питания и вторым выводом к коллектору управляющего транзистора, база которого подсоединена через второй резистор к выходу формирователя импульсов, а эмиттер - к клемме для подключения второго вывода источника питания, о тличающеес я тем, что,с целью расширения диапазона амплитуды коммутируемого тока, оно снабжено дополнительным резистором, отпирающим транзистором и инвертором и трансформатор снабжен ополнительной входной обмоткой, дин вывод которой Подсоединен через дополнительный резистор к клемме ля подключения первого вывода источника питания и второй вывод коллектору отпирающего транзистора, база которого соединена через инвертор с выходом формирователя импульсов, а эмиттер - с эмиттером управляющего транзистора. 2. Устройство по п. 1,0 т л и чающееся тем, что оно снабжено диодом, анод которого соединен с клеммой для подключения первого вывода источника питания, а катодс первым выводом дополнительного резистора . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 760330, кл. Н 02 М 1/08, 1980. 2.Полупроводниковые приборы в Связь технике электросвязи. 1975. с. 119, рис. 1.

%j

«sF-