Устройство для управления силовым транзисторным ключом

Устройство для управления силовым транзисторным ключом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответственно .к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для tIoдкпючeния нагрузки, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемейта, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь и повьпиения надежности, оно снабжено форсируницим узлом и двумя дополнительными резисторами, включенными последовательно между вторым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента , второй силовой электрод которого через первый диод, зашунтированный конденсатором, подключен к точке соединения дополнительных резисторов и к управляющему входу форсирукнцего узла, первьйсиловой выi . вод которого подключен к второму выводу источника смещения, авторой силовой вывод - к точке присоединения резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к аноду второго диода. 2.. Устройство по 1. отличающееся тем, что форсирующий узел выполнен на транзисторе, эмиттер и коллекторный резистор кото рого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная RC-цепочка, включенная в цепь базы СП ОЭ транзистора, - управляющий вход форсируницего узла, причем база-э.миттерный переход транзистора защунтирован обратным диодом, а резистор RC -цепочки - разрядным диодом.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(.1 ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(511 Н 02 М 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3632867/24-07 (22) 15.08.83 (46) 30. 11.84. Бюл. Ф 44 . (72) В.Н. Мишин и В.А. Пчельников (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 544075, кл. Н 02 М 1/08, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР.

У 752657, кл. Н 02 М 1/08, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

У 824383, кл. Н 02 М 1/08, 1978. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТРАНЗИСТОРНЬМ КЛЮЧОМ, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соот- . ветственно .к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод исТочника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для Подключения нагрузки, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемента, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшения потерь и повышения надежности, оно снабжено форсирующим узлом и двумя дополнительными резисторами, включеннымн последовательйо между BTQ рым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента, второй силовой электрод которого через первый диод, зашунтированный конденсатором, подключен к точке соединения дополнительных резисторов и к управляющему входу форсирующего узла, первый силовой вывод которого подключен к второму выводу источника смещения, а"второй силовой вывод — к точке присоедине-. ния резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к аноду второго диода.

2. Устройство по 1. о т л -и— ч а ю щ е е с я тем, что форсирующий узел выполнен на транзисторе, эмиттер и коллекторный резистор кото рого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная

R(: -цепочка, включенная в цепь базы транзистора, — управляющий вход форсирующего узла, причем база-эмиттерный переход транзистора зашунтирован обратным диодом, а резистор

ЯС -цепочки — разрядным диодом.

3 1127

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в, качестве усилителей мощности для управления силовыми транзисторными ключами в преобразователях напряже5 ния и тока.

Известно устройство для управлеHHR CRJIoBblM TpaHSHCTopHblM ключом, содержащее управляющий трансформатор, вторичная обмотка которого сое-,1О динена через резистор с базой силового транзистора и через разделительный диод с конденсаТором, включенным последовательно с вспомогательным транзистором в база-эмиттерную цепь силового транзистора, принцип действия которого заключается в том, что о при эапираиии силового ключа íà его базу поступает обратное напряжение с конденсатора через открытый вспомо- о гательный транзистор, способствуя его надежному эапиранию 13.

Недостатками данного устройства являются сложность управляющей цепи, содержащей дополнительный транзистор, что снижает надежность преобразователя в целом, особенно при мощностях более 500 Вт, а также .необхо- димость дополнительного усилителя мощности для управления транзистором.

Известно устройство дпя управления транзистором, содержащее управляющий транзистор, эмиттером подключенный к клемме источника питания и эмиттеру силового транзистора, а коллектором через нелинейный элемент и конденсатор к базе силового транзистора, и дополнительный транзистор, коллектором подключенный к второй клемме источника питания, а эмиттером через резистор соединенный с точкой соединения нелинейного элемента. и конденсатора, прицип действия которого заключается s том, что силовой транзистор открывается, когда управляющий транзистор закрыт, и закрывается током разряда конденсатора,. когда управляющий транзистор открыт 73.

Недостатками указанного устройства являются большие коммутационные по-, тери, низкий коэффициент полезного © действия и динамический диапазон преобразователей, так как при уменьшении времени насыщенного состояния силового ключа напряжение на конден-! саторе недостаточно для быстрого перевода ключа в режим отсечки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

053 2 устройство для управления силовым —транзисторным ключом, содержащее источник питания, первый вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответственно к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для подключения нагрузки, например первичной обмотки. управляющего трансформатора, источник смещения, первый вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемента, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор (31.

Недостатком известного устройства являются низкое быстродействие и формировайие обратного тока силового ключа в момент перехода из области насыщения в область отсечки, что ведет к излишним коммутационным потерям и снижает надежность работы силового ключа.

Цель изобретения — уменьшение коммутационных потерь и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее источник питания, один вывод которого через коллекторный и базовый резисторы подключен соответствен но к коллектору и базе транзисторного ключа, эмиттер которого и второй вывод источника питания подключены к выходным клеммам, предназначенным для подключения нагрузки, источник смещения, один вывод которого подключен к точке соединения выходной клеммы с выводом источника питания и к первому выводу источника управляющих импульсов, второй вывод которого подключен к управляющему электроду ключевого элемента, первый силовой электрод которого подключен к резистору, два диода и конденсатор, снабжено форсирующим узлом и двумя дополнительнычи резисторами, включенными последовательно между вторым выводом источника смещения и управляющим электродом ключевого элемента, второй силовой электрод которого .через первый диод, зашунтиро1 127053 ванный конденсатором., подключен к точ. ке соединения дополнительных резисторов и к управляющему входу формирующего узла, первый силовой вывод которого подключен к второму выводу источника смещения., а второй скловой вывод - к точке присоединения резистора ключевого элемента к катоду второго диода и базе транзисторного ключа, эмиттер которого под- 10 ключен к аноду второго диода.

Форсирующий узел устройства для управления силовым транзисторным ключом может быть. выполнен на транзисторе, эмиттер и коллекторный резистор которого образуют первый и второй силовые выводы, а последовательная

RC -цепочка, включенная в цепь базы транзистора, — управляющий вход формирушщего узла, причем база-эмиттерный переход транзистора зашунтирован. обратным диодом, а .резистор

ЯС -цепочки †. разрядным диодом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для управления силовым тоанзисторным ключом1 на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник пи- ЗО тания 1, .подключенный. через коллектор. ный 2 и базовый 3 резисторы соответственно к коллектору и базе транзисторного ключа 4, источник смещения

5, ключевой элемент 6, первый силовой электрод которого подключен к резистору 7, источник управляющих импульсов 8, соединенный с общей шиной питания обоих источников 1 и 5, трансформатор управления 9, фор46 сирующий узел 10, первый диод 11, зашунтированный конденсатором 12, к катоду которого подключены два дополнительных резистора 13 и 14, и второй диод 15, причем первый снло- М вой вывод форсирующего узла 10, соединенный с источником смещения 5, через первый дополнительный резистор 13 подключен к управляющему входу форсирующего узла 10 и катоду 50 первого диода 11, второй силовой вывод форсирующего узла 10 соединен с резистором 7 ключевого элемента 6, катодом второго диода 15, базой транзисторного ключа 4 и его базовым 55 резистором 3, при этом ключевой элемент 6 вторым силовым электродом . соединен с анодом первого диода 11, а управляющим электродом с вторым дополнительным. резистором 14 и выводом источника управляющих, импульсов 8, другой вывод которого через первичную обмотку трансформатора управления 9 подключен к аноду второго диода 15 и эмиттеру транзисторного ключа 4, причем вторичная обмотка тран" сформатбра управления 9 подключена к база-эмиттерному переходу силового ключа 16.

Форсирующий узел 10 выполнен на транзисторе. 17, эмиттер которого, соединенный с анодом обратного диода 18, является первым силовым выводом форсирующего узла 10, коллек- торный.,резистор 19 образует второй силовой вывод форсирующего узла 10,. а база подключена к катоду обратного диода 18 и к конденсатору 20 РС -це почки 21, являющейся управляющим входом узла 10, резистор 22.которой зашунтирован разрядным диодом 23.

Устройство работает следующим образом. (При замыкании транзисторного ключа источника управляющих импульсов

8 открывается ключевой элемент (транзистор) 6, что, в свою очередь, приводит к отпиранию транзистора 17 благодаря падению напряжения на резисторе 13, причем длитепьность проводящего состояния транзистора 17 определяется параметрами конденсатора 20 и резистора 22 йС -цепочки 21 и выбирается по величине большей, чем время рассасывания носителей в базе силового ключа 16. При этом через диод 15 и первичную обмотку трансформатора управления 9 протекает ток, величина которого зависит от величины сопротивления резистора 19 и должна быть достаточной для быстро" го запирания силового ключа 16.

Величина напряжения (09 „ в,фиг. 2) на первичной обмотке трансформатора управления 9 s данный момент близка к напряжению источника смещения 5, что достигается выбором величины сонротивлеиия резистора 19 много меньшей величины сопротивления резистора 7. Транзисторный ключ 4 надежно закрыт напряжением открытого диода 15. На вторичной обмотке трансформатора управления 9 индуцируется напряжение (U9 о„, фиг. 2), являющееся запирающим для силового транзисторного ключа 16, причем

1127053 скорость его нарастания, величина и малая индуктивность рассеяния обмоток трансформатора 9 определяют высокую скорость нарастания и величину (в пределах допустимого для данного типа транзистора) обратного базового тока (31, фиг. 2), т.е.

:его форсирование, что ведет к быстрому рассасыванию носителей иэ области базы силового транзисторного ключа 16 и значительному уменьшению времени его переключения из области насыщения в область отсечки. Ilo окончании заряда конденсатора 20 тран- . зистор 17 закрывается, напряжение на первичной и вторичной (U9 „е . и 0э фиг. 2) обмотках тран9 Ьтор сформатора управления 9 уменьшается, оставаясь запирающим для силового транзисторного ключа 16. При размыкании транзисторного ключа источника управлякщих импульсов 8 ключевой элемент 6 закрывается, ток через диод 15 прерывается, что приводит к отпиранию транзисторного ключа 4 током базового резистора 3. Причем . конденсатор 12, заряженный до напряжения прямосмещенного диода 11, начинает разряжаться через резистор 14 на база-эмиттерный переход ключевого элемента 6, что способствует увеличению скорости его переключения и надежному запиранию. От источника

5 питания 1 через резистор и открытый транзисторный ключ 4 протекает ток первичной обмотки трансформатора управления 9, который индуцирует во вторичной обмотке ток ( фиг. 2), являющийся отпирающим для силового транзисторного ключа 16, причем запас по индукции, созданный предварительным замагничиванием сердечника в предыдущем полупериоде, 15 обеспечивает горизонтальность полки импульса базового тока силового транзисторного ключа 16 при минимальной индуктивности рассеяния обмоток трансформатора. В зто же время кон20 денсатор 20 форсирующего узла 10 разряжается через диоды 18, 23 и ре-.зистор 13, обеспечивая подготовку форсирующего узла 10 к следующему включению.

25 Таким образом, в результате уменьшения времени выключения силовых транзисторных ключей снижаются коммутационные потери в транзисторах, что повышает надежность их работы.

1127053

Заказ 8752/42

Тирвк 666 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Уигород, ул. Проектная, 4

Составитель В.Жмуров

Редактор К.Волощук Техред Л.Кощюбняк .Корректор, А.Тяско