Устройство для управления транзисторными ключами

Устройство для управления транзисторными ключами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения устройство содержит широтно-импульсный модулятор 1, пять транзисторов 2,3,16,17,20 один трансформатор 4, имеющий шесть обмоток 5,6,12,14,15.18, последовательную RC-цепь 9, параллельную RC-цепь 11, два диода 10,21, резистор 13, размагничивающую цепь 19. При открытом состоянии транзистора 2 транзисторные ключи 16 и 17 открыты , а транзистор 3 и транзистор 20 размагничивающей цепи 19 закрыты При изменении полярности напряжения на выходе модулятора 1 транзистор 2 закрывается , а транзисторы 3 и 20 открываются, причем транзистор 3 в первый момент времени открывается током RC-цепи 9, а затем поддерживается в открытом состоянии током обмотки 12 трансформатора 4. Импульс тока рассасывания при закрывании транзисторных ключей 16 и 17 не вызывает скачка напряжения на RC-цепи 11 благодаря наличию в ней конденсатора. Однако в дальнейшем это напряжение увеличивается из-за роста тока намагничивания магнитопровода трансформатора 4 и действующие в схеме обратные связи вызывают закрывание транзистора 3 при небольшом значении тока намагничивания, что предотвращает сползание рабочей точки кривой намагничивания в область насыщения. Во время паузы полярность напряжения на обмотках трансформатора 4 изменяется и накопленная им электромагнитная энергия рассеивается на элементах размагничивающей цепи 19 Величина напряжения на обмотках 14 и 15 при этом невелика, и транзисторные ключи 16 и 17 остаются закрытыми. 4 ил. С/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК,(я)5 Н 02 М 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833945/07 (22) 01.06,90 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22" (71) Институт электродинамики АН УССР (72) И.Г. Пономарев и А.Л. Свительский (53) 621.314.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 974521, кл. Н 02 М 1/08, 1981, Авторское свидетельство СССР № 760330, кл, Н 02 М 1/08, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1555781, кл. Н 02 М 1/08, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТРАНЗИСТОРНЫМИ КЛЮЧАМИ (57) Сущность изобретения: устройство со. держит широтно-импульсный модулятор 1, . пять транзисторов 2,3,16,17,20. один трансформатор 4, имеющий шесть обмоток

5,6,12,14,15,18, последовательную RC-цепь

9, параллельную RC-цепь 11, два диода

10,21, резистор 13, размагничивающую цепь 19. При открытом состоянии транзистора 2 транзисторные ключи 16 и 17 открыты, а транзистор 3 и транзистор 20 размагничивающей цепи 19 закрыты. При

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления транзисторными ключами регулируемых преобразователей постоянного напряжения.

Известно устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, два транзистора, трансформатор, резисторы и диод. Это устройство имеет низкий КПД из Ж, 1741234 А1 изменении полярности напряжения на выходе модулятора 1 транзистор 2 закрывается, а транзисторы 3 и 20 открываются, причем транзистор 3 в первый момент времени открывается током RC-цепи 9. а затем поддерживается в открытом состоянии током обмотки 12 трансформатора 4. Импульс тока рассасывания при закрывании транзисторных ключей 16 и 17 не вызывает скачка напряжения íà RC-цепи 11 благодаря наличию в ней конденсатора. Однако в дальнейшем это напряжение увеличивается из-за роста тока намагничивания магнитопровода трансформатора 4 и действующие в схеме обратные связи вызывают закрывание транзистора 3 при небольшом значении тока намагничивания, что предотвращает сползание рабочей точки кривой намагничивания в область насыщения, Во время паузы полярность напряжения на обмотках трансформатора 4 изменяется и накопленная им электромагнитная энергия рассеивается на элементах размагничивающей цепи 19. Величина напряжения на обмотках 14 и 15 при этом невелика, и транзисторные ключи 16 и

17 остаются закрытыми. 4 ил, за потерь мощности на резисторах, ограничивающих ток при насыщении магнитопровода трансформатора, Известно также устройство для управления транзисторчым ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, два транзистора, трансформатор и разрядную цепь.

В этом устройстве магнитопровод трансформатора работает лишь на участке петли гистерезиса ЛВ = Bs - Вг, что является причиной ухудшения массогабаритных характе1741234

10

20

30

50 ристик трансформатора и увеличения его тока намагничивания, вызывающей дополнительные потери мощности..Такое устройство имеет невысокие массогабаритные показатели и КПД, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для управления транзисторными ключами, Устройство содержит широтно-импульсный модулятор, три транзистора, трансформатс р, дроссель, диод, пороговое устройство и разрядную цепь. Недостатком этого устройства является невысокая надежность из-за относительной сложности его схемы, вызванной, в частности, наличием трех транзисторов, двух моточных узлов и порогового устройства, обычно выполняемого на операционном усилителе.

Цель изобретения — повышение надежности путем упрощения схемы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления транзисторными ключами, содержащее широтно-импульсный модулятор, выходные выводы которого соединены соответственно с базами первого и через последовательную RCцепь второго транзисторов, переход база-эмиттер второго транзистора шунтирован диодом, импульсный трансформатор, первая и вторая секции первичной обмотки которого через переходы коллектор-змиттер соответственно первого и второго транзисторов подключены к выводам источника питания, а выводы вторичных обмоток предназначены для подключения к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей, и размагничивающую.цепь, вход которой соединен с соответствующим выходным выводом, широтно-импульсного модулятора, а выход — с выводами раэмагничивающей обмотки импульсного трансформатора, введены дополнительная обмотка импульсного трансформатора и параллельная RC-цепь, которая включена в разрыв цепи между эмиттером второго 4 транзистора и соответствующим выводом источника питания, к которому первым выводом подключена дополнительная обмотка импульсного трансформатора, которая вторым выводом соединена через резистор с базой второго транзистора., Предлагаемое устройство имеет более простую схему; введение дополнительной обмотки импульсного трансформатора и параллельной RC-цепи позволило исключить 5 из схемы устройства один транзистор, один моточныи узел (дроссель) и пороговое устройство. Благодаря этому обеспечивается существенное повышение надежности устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — возможный вариант схемы предлагаемого устройства с транзисторами различного типа проводимости; на фиг.3— диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу схемы; на фиг.4 показана траектория перемещения рабочей точки магнитопровода трансформатора по петле гистереэиса, Устройство содержит широтно-импульсный модулятор 1, который в схеме на фиг.1 имеет прямой и инверсный выходы, а в схеме на фиг.2 — один прямой выход, транзисторы 2 и 3, трансформатор 4, секции 5 и 6 первичной обмотки которого через транзисторы 2 и 3 подключены к выводам 7. и 8 источника питания, База транзистора 3 подключена к выходному выводу модулятора 1 через последовательную RC-цепь 9, переход база-эмиттер транзистора 3 шунтирован диодом 10, а в эмиттерную цепь транзистора 3 включена параллельная ВС-цепьl1 1. Трансформатор 4 содержит также обмотку 12, первый вывод которой подключен к выводу 7 источника питания, а второй вывод через резистор

13 подключен к базе транзистора 3, вторичные обмотки 14 и 15, предназначенные для подключения к управляющим переходам транзисторных ключей 16 и 17. и размагничивающую обмотку t8, подключенную к выходу размагничивающей цепи 19, включающей в себя транзистор 20, последовательно с которым включен диод 21.

Устройство работает следующим образом.

В момент 11 на прямом выходе модулятора 1 появляется напряжение U1 (в схеме на фиг. iпоявляется также напряж,ение на инверсном выходе, имеющее противоположный знак, которое на фиг,3 не показано), что приводит к открыванию транзистора 2 и появлению напряжения U2 положительной полярности на обмотках трансформатора 4, Транзисторные ключи t6 и 17 при этом также открываются напряжением, поступающим со вторичных обмоток 14 и 15, и через их управляющие переходы начинает протекать ток t1. Рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 при этом начинает перемещаться по участку

t1-т2 петли гистерезиса (см. фиг.4).

В момент 12 полярность напряжения U1 на выходе модулятора I скачкообразно изменяется на противоположную. в результате чего транзистор 2 закрывается, а транзистор 3 открывается импульсным током i2, протекающим через RC-цепь 9 и базу транзистора 3. Это приводит к изменению полярности на обмотках трансформатора 4

1741234

25 уменьшится настолько,.что транзистор 3 на- - 30 чнет закрываться и под действием положи35

45

55 и закрыванию транзисторных ключей 16 и

17; через управляющие переходы которых при этом протекает импульс тока рассасывания (на фиг.3 не показан), перезаряжающего их входные емкости, В это время по участку цепи секция 6 трансформатора 4— транзистор 3 — RC-цепь 11 также протекает импульсный ток !з, который не вызывает резкого увеличения напряжения Оз Hà RCцепи благодаря наличию в ней конденсатора.

По мере заряда конденсатора RC-цепи ток Г2 уменьшается до нуля и в дальнейшем транзистор 3 поддерживается в открытом состоянии током Г 2, протекающим по участку цепи обмотка 12 трансформатора 4 — резистор 13, переход база-эмиттер транзистора 3 - RC-цепь 11. Рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 при этом перемещается по участку t2-tB. вызывая изменение.направления протекания и величины тока намагничивания i"".з.

В результате этого увеличивается также напряжение 0з íà RC-цепи 11 и за счет действия отрицательной обратной связи уменьшается ток ig, протекающий через переход база-эмиттер транзистора 3, Это приводит к тому. что в момент tz ток 2 тельной обратной связи, осуществляемой в схеме устройства благодаря наличию обмотки 12 трансформатора 4. процесс закрывания транзистора 3 и изменения полярности напряжений на обмотках трансформатора 4 происходит скачкообразно.

Благодаря наличию в схеме RC-цепи 11, обеспечивающей действие отрицательной обратной связи, процесс закрывания транзистора 3 начинается при небольшом значении тока намагничивания магнитопровода (i"ç), что предотвращает "сползание" рабочей точки .кривой намагничиваня по петле гистерезиса до точки -В . .В момент tz открывается также транзистор 20 размагничивающей цепи 19, Однако ток в цепи транзистор 20 — диод 21 — обмотка 18 трансформатора 4 не протекает,.по скольку напряжение обмотки 18 прикладывается к диоду 21 в непроводящем направлении.

В момент 1з, когда происходит изменение напряжения на обмотках трансформатора 4, диод 21 открывается и в размагничивающей цепи 19 появляется ток, благодаря. которому электромагнитная энергия, накопленная трансформатором 4, рассеивается на элементах размагничивающей цепи 19, Транзисторы 16 и 17 при этом остаются закрытыми, поскольку величина напряжения на обмотках 14 и 15 трансформатора 4 мала, а рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 перемещается по участку 1з-t4.

В момент 14, когда трансформатор 4 отдает всю накопленную энергию, напряжение на его обмотках становится равным нулю, После полного закрывания транзистора

3 в момент тз начинает разряжаться через резистор конденсатор RC-цепи 11, и в момент т5 напряжение Оз.становится равным нулю.

В момент tg изменяется полярность напряжения на выходе модулятора 1, в результате чего открывается транзистор 2 и перезаряжается через диод 10 конденсатор

RC-цепи 9. gagee процесс повторяется, причем независимо от длительности импульсов напряжения U< нэ выходе модулятора 1 в начале каждого периода рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 будет находиться в точке — В, петли гистерезиса.

Таким образом. благодаря введению обмотки 12 трансформатора 4 и RC-цепи 11 в схеме устройства действуют такие обратные связи, которые обеспечивают возможность работы трансформатора 4 во всем диапазоне индукции от -В до +В: При этом, по сравнению с устройством-прототипом, .такой режим работы трансформатора 4 обеспечивается с помощью значительно бо: лее простой и надежной схемы.

Формула изобретения

Устройство для управления транзисторными ключами, содержащее диод, широтноимпульсный модулятор, прямой выход которого подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого подключен к отрицательному выводу источника питания, а . коллектор соединен с концом первичной обмотки импульсного трансформатора, выполненной в виде двух последовательно-согласно включенных секций. средняя точка которой соединена с положительным выво- . дом источника питания, причем начало первичной обмотки импульсного. трансформатора подключено к коллектору второго транзистора. выводы размагничивающей обмотки импульсного трансформатора подключены к выходу размагничивающей цепи, а. выводы вторичных обмоток импульсного трансформатора предназначены для подключения к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей, о т л ич э ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения устройства, в него введены дополнительйая обмотка им1741234 пульсного трансформатора, параллельная

RC-цепь и последовательная RC-цепь. причем эмиттер второго транзистора через параллельную RC-цепь подключен к отрицательному выводу источника питания, переход база-эмиттер второго транзистора зашунтировэн диодом, а база, второго транзистора через последовательную RC-цепь подключена к инверсному выходу широтно-импульсного модулятора, 5 подключенному ко входу размагничивающей цепи, 1741234

М

° /

I (!

I I

1741234

Составитель И.Пономарев

Редактор В.Фельдман . Техред M.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 2091 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина. 101