Устройство для управления силовым транзисторным ключом Советский патент 1983 года по МПК H02M1/08 

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

Известны устройства для управления силовым транзисторным ключом, содержащие широтно-импульсный модулятор, три коммутирующих транзистора, трансформатор с двумя входными и одной .выходной обмотками, резистор, и клеммы для подключения силового транзисторного ключaLli.

Недостатком таких устройств является невысокий коэффициент полезного действия, обусловленный дополнительными потерями на токоограничительном резисторе в базовой цепи силового ключа.

Наиболее близким к изобретению техническим решением по средствам и достигаемому результату является устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее генератор управляющих импульсов, подсоединенный своими выходами соот,ветственно к базе и эмиттеру управляемого транзистора, трансформатор, выходная обмотка которого подсоединена одним крайним выводом к клемме для подключения базы силового транзисторного ключа, средним выводом к его эмиттеру и вторым крайним выводом - к первой выходной клекме, -при этом вторая выходная клемма соединена с клеммой для подключения коллектора силового (транзисторного ключа, диод и клеммы для подключе10ния источника питания и источника опорного напряжения С 2 .

Недостатком известного устройства является невысокая надежность, обусловленная сложностью схемы и низкой

5 помехоустойчивостью порогового узла. .

Целью изобретения является повышение надежности устройства для управления силовым транзисторным ключом.

20

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено стабилизатором тока, входы которого сое- динены соответственно в клеммами для подключения источников питания

25 и опорного напряжения, причем выход стабилизатора тока подключен через .входную обмотку трансформатора к коллектору управляемого транзистора эмиттер которого подключен к аноду , 30 диода, подсоединенного своим катодом к выходу стабилизатора тока и входу усилителя, выход которого соединен с клеммой для подключения источника опорного напряжения. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройс ва; на фиг. 2 -.вариант его принципиальной схемы. Устройство для управления силовы транзисторным ключом .1 содержит трансформатор 2, входная обмотка 3 которого включена последовательно с ключом 1, обмотка 4 подключена к переходу эмиттер - база ключа 1, а входная обмотка 5 включена а i лекторную цепь управляющего транзис тора 6, база которого подключена к генератору 7 управляющих импульсо Диод 8 подключен параллельно цепи из последовательно соединенных управляющего транзистора б и первичной обмотки 5.Стабилизатор тока 9 включен между источником питания 10 ВХОДНОЙ обмоткой 5. Ко входу стабилизатора тока 9 подключен источник 11 опорного напряжения и выход усилителя 12, вход которого подключен .к выходу . стабилизатора.тока 9. Клем мы 13 и 14 предназначёны для подключения силового ключа к нагрузке и к источнику питания силовой цепи. Устройство работает следующим об разом. Дпя поступления с выхода генератора 7 управляющего импульса на базу транзистора б последний отпирается. Напряжение от источника 10 через стабилизатор тока 9 прикладывается к входной обмотке 5, и по этой цепи начинает протекать ток намагничивания. Ток стабилизации стабилизатора 9, величина которого задается источником 11 опорного напряжения, значительнсз превыщает ток намах-ничивания трансформатора 2, поэтому регулирующий элемент стабилизатора 9 находится в насыщенном СО-СТОЯНИИ, и практически все напряжение источника 10 приложено к входной обмотке 5. После окончания, перемагничивания и насыщения маг-, нитопвовода трансформатора 2 ток намагничивания резко увеличивается. Стабилизатор 9 переходит в режим ст билизации, тока, регулирующий транзистор которбго переходит в усилител ный режим и на нем, увеличивается па дение напряжения, которое подается на вход усилителя 12, выходной тран зистор которого открывается и шунтирует выход источника 11 опорного напряжения, В результате выходной сигнал источника 11 резко уменьшает он, что приводит к аналогичному уменьшению тока стабилизации стабил затора 9, а, следовательно, и тока, потребляемого от источника, Напряже ние источника 10 приложено в основн к регулирующему транзистору стабилизатора 9, и на обмотках трансформатора формируется нулевая пауза. Ток намагничивания в обмотке .5, превышающий по величине уменьшившийся ток от источника 10, замыкается через управляющий транзистор б и диод 8. Перед выключением управляющего транзистора ток в этом контуре уменьшается до нуля, и по обмотке 5 будет протекать ток только от стабилизатора 9, достаточный для возникновения ЭДС самоиндукции на обмотках трансформатора при выключении управляющего транзистора 6. Диод 8 предназначен для замыкания действу- . ющей на силовой ключ 1 импульсной помехи в интервалах времени с нулевым потенциалом на обмотках по цепи обмотка Ьf транзистор б, диод 8, ко- нец обмотки 5, После прекращения управляющего импульса с генератора 7 транзистор 6 запирается, ток через стабилизатор 9.прекращается, и его регулирующий транзистор полностью открывается. Транзисторы усилителя 12 возвращаются в исходное состояние, и шунтирование выхода источника 11 опорного напряжения прекращается. Закрытие транзистора 6 приводит к .появлению ЭДС самоиндукции на обмотках трансформатора 2, что ведет к появленмгю импульса напряж ения на обмотке 4, и силовой транзистор 1 отпирается. В результате действия положительной обратной связи по току мезкду обмотками 3 и 4 силовой транзистор 1 поддерживается открытым и насьпденным. В его базовой цепи поддерживается ток, пропорциональный току в силовой цепи. Устройство, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг. 2, помимо идентичных элементов, обозначенных на фиг. 1 одинаковыми дифрами, содержит регулирующий тран- .зистор 15 стабилизатора тока 9, транзисторы 16,17,18 и диод 19 усилителя 12 и стабилйтр6н 20 стабилизатора тока 11. Сигнал со стабилизатора тока 9 снимается с перехода база-коллектор регулирующего транзистора 15 и подается на вход усилителя 12. Это позволяет надежно запирать транзистор ,16 усилителя 12, когда транзистор . 15 открыт и насыщен, и отпирать, когда транзистор 15 выходит из на-..-, сыщения в усилительный режим. Откры-. тие транзистора 16 приводит к открытию транзисторов 17 и 16, последний . из которых,: шунтирует через диод 19 стабилитрон 20, чтЗ приводит к уменьшению тока стабилизации стабилизатора 5, Диод 19 предназначен для создания потенциала на базе транзистора 15 с целью обеспечения небольшбго тока намагничивания через обмбт ку Ь трансформатора 2.. Таким образом, данное устройство обеспечивает малое потребление мощности от источника в интервалах времени, когда магнитопровод трансформатора перемагничен и насыщен, при более простом схемном решении. Для работы устройства не требуются дополнительные источники питания и генератор управлякндих импульсов с дв ,мн выходами, сигналы с которых долж ны быть различны по длительности и на различных потенциальных уровнях. Помехоустойчивость устройства «осуществляется за счет того, что перемагничивание магнитопровод а тран форматора осуществляется путем отпирания управляющего транзистора на .время, равное требуемому интерв-алу . запертого состояния ;илового ключа. При этом транзистор стабилизатора то ка открыт и насыщен постоянным сиг{1алом с источника Опорного напряжени Доэтому импульсная помеха не оказыва ет никакого влияния на состояние насыщенных транзисторов. Увеличение коэффициента полезного действия ос5 ествляется путем уменьш ния тока, потребляемого от источника, после того, как магнитопровод трансформатора перемагнитится. Ток намагничивания обмотки 5, превышающий уменьшившийся по величине ток от источника, замыкается через управляющий тразистор 6 и диод 8.Перед выключением управляющего транзис тора ток в этом контуре может уменьшиться до нуля, по обмотке 5 будет п ютекать только ток от стабилизатора 9, достаточный для возникновения ЭДС самоиндукции на обмотках трансформатора при выключении, управлякщего транзистора .6. Для возникновения ЭДС самоиндукции не требуется стабил ное значение этого тока, а, следрПДДвательно, и стабильный источник питания. Формула изобретения Устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее генератор управляющих импульсов, подсоединенный своими выходами соотвественно к базе и эмиттеру управляемого транзистора, трансформатор, выходная обмотка которого подсоединена одним крайним вывoдo 4 к клеьше длэ подключения базы силового транзисторного ключа, средним выводом - к его эмиттеру и вторым крайним выводом - к перйой выходной клемме, при этом вторая выходная клемма соединена с клеммой для подключения коллектора силового транзисторного ключа, усилитель, диод и клеммы-для подклю«ения источника питания и источника опорного йаТХряжения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено стабилизатором тока, входы которого соединены соответственно с клеммами для подключения источников питания и опорного налряжения, причем выход стабилизатора тока подключен через входную обмотку трансформатора к коллектору управляемого транзистора эмиттер которого подключен к аноду диода, подсоединенного своим катодснк к выходу стабилизатора тока и входу усилителя, выход которого соединен с клеммой для подключения источника опорного рапряжения; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 76033Q, кл. Н 02 М 1/08, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР 748714, кл. Н 02 М 1/08, 1978.