RU128044U1

RU128044U1 - POWER TRANSISTOR CONTROL AND PROTECTION DEVICE

Info

Publication number: RU128044U1
Application number: RU2012155486/08U
Authority: RU
Inventors: Николай Игорьевич Поленов; Владимир Викторович Сарафанов; Александр Алексеевич Дугарский; Олег Николаевич Крылов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-05-10

Abstract

Устройство управления и защиты силовых транзисторов, содержащее первый генератор импульсов, первый источник питания, второй источник питания, первый силовой транзистор, отличающееся тем, что введены устройство распределения импульсов, первый сумматор, второй сумматор, второй генератор импульсов, первый усилитель, второй усилитель, второй силовой транзистор, первое устройство управления первым силовым транзистором, второе устройство управления вторым силовым транзистором, вход устройства распределения импульсов является входом устройства управления и защиты силовых транзисторов, первый выход устройства распределения импульсов соединен со входом первого генератора импульсов, второй выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом первого сумматора, третий выход устройства распределения импульсов соединен с входом второго генератора импульсов, четвертый выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом второго сумматора, выход первого генератора импульсов подключен ко второму входу первого сумматора, выход которого соединен со входом первого усилителя, выход первого усилителя подключен первой светолинией к входу первого устройства управления первым силовым транзистором, выход которого подключен к затвору первого силового транзистора, катод первого силового транзистора подключен к первому источнику питания, анод первого силового транзистора соединен с катодом второго силового транзистора и является выходом устройства управления и защиты силовых транзисторов, выход второго генератора импульсов подключен ко второму входу второго сумматора, выход которог�A control and protection device for power transistors, comprising a first pulse generator, a first power source, a second power source, a first power transistor, characterized in that a pulse distribution device, a first adder, a second adder, a second pulse generator, a first amplifier, a second amplifier, and a second are introduced power transistor, the first control device of the first power transistor, the second control device of the second power transistor, the input of the pulse distribution device is the input of the device control and protection of power transistors, the first output of the pulse distribution device is connected to the input of the first pulse generator, the second output of the pulse distribution device is connected to the first input of the first adder, the third output of the pulse distribution device is connected to the input of the second pulse generator, the fourth output of the pulse distribution device the first input of the second adder, the output of the first pulse generator is connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to about the input of the first amplifier, the output of the first amplifier is connected by the first light line to the input of the first control device of the first power transistor, the output of which is connected to the gate of the first power transistor, the cathode of the first power transistor is connected to the first power source, the anode of the first power transistor is connected to the cathode of the second power transistor and is the output of the control and protection device of power transistors, the output of the second pulse generator is connected to the second input of the second adder, the output of which

Description

Предлагаемая полезная модель относится к импульсной технике, в частности к устройствам управления силовыми транзисторами.The proposed utility model relates to pulsed technology, in particular to power transistor control devices.

Известна «Схема управления силовым ключом на МДП-транзисторе» (RU 2384940 С2, опубл.27.11.2009 г., МПК Н03К 17/691). Она содержит силовой транзистор и изолирующий трансформатор, управляемый генератор, первый конденсатор, второй конденсатор, источник питания, первый резистор, второй резистор, третий резистор, датчик тока, выпрямитель, первый ключ, второй ключ, третий ключ, схема ИЛИ, схема НЕ, схема защиты и изолированный от схемы управления источник питания. Ключ схемы управления первым выводом соединен с эмиттером транзистора управляемого генератора, анодом диода и общим выводом первой и второй обмоток изолирующего, трансформатора. Второй вывод первой обмотки соединен с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с коллектором транзистора управляемого генератора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора и с плюсом источника питания. Второй вывод второго резистора соединен с базой транзистора управляемого генератора, катодом диода и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом второй обмотки изолирующего трансформатора. Третья обмотка изолирующего трансформатора соединена с выпрямителем, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, первый выход которого соединен с плюсом изолированного источника. Второй выход первого ключа соединен с первым выводом первого резистора затвора, второй вывод которого соединен с затвором силового транзистора и с первым выводом второго резистора затвора, второй вывод которого соединен с первым выходом второго ключа, второй выход которого соединен с минусом изолированного источника. Управляющий вход второго ключа соединен с выходом схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом схемы НЕ, вход которой соединен с выходом выпрямителя и управляющим входом первого ключа. Второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом схемы защиты и управляющим входом третьего ключа, который первым и вторым выходами соединен с четвертой обмоткой изолирующего трансформатора. Вход схемы защиты соединен с выходом датчика тока, первый вход которого соединен е истоком силового транзистора, а второй вход с клеммой ВЫХ 2, сток силового транзистора соединен с клеммой ВЫХ 1 силового ключа.The well-known "Control circuit power key on the MOS transistor" (RU 2384940 C2, publ. 27.11.2009, IPC Н03К 17/691). It contains a power transistor and an isolation transformer, a controlled generator, a first capacitor, a second capacitor, a power source, a first resistor, a second resistor, a third resistor, a current sensor, a rectifier, a first key, a second key, a third key, an OR circuit, a NOT circuit, a circuit protection and a power supply isolated from the control circuit. The key of the control circuit of the first output is connected to the emitter of the transistor of the controlled generator, the anode of the diode and the common output of the first and second windings of the insulating transformer. The second terminal of the first winding is connected to the first terminal of the first capacitor, the second terminal of which is connected to the collector of the transistor of the controlled generator and the first terminal of the first resistor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second resistor and with the plus of the power source. The second terminal of the second resistor is connected to the base of the transistor of the controlled generator, the cathode of the diode and the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the second winding of the isolation transformer. The third winding of the isolation transformer is connected to a rectifier, the output of which is connected to the control input of the first switch, the first output of which is connected to the plus of the isolated source. The second output of the first key is connected to the first terminal of the first gate resistor, the second terminal of which is connected to the gate of the power transistor and the first terminal of the second gate resistor, the second terminal of which is connected to the first output of the second switch, the second output of which is connected to the minus of the isolated source. The control input of the second key is connected to the output of the OR circuit, the first input of which is connected to the output of the circuit NOT, the input of which is connected to the output of the rectifier and the control input of the first key. The second input of the OR circuit is connected to the output of the protection circuit and the control input of the third key, which is connected to the fourth winding of the isolation transformer by the first and second outputs. The input of the protection circuit is connected to the output of the current sensor, the first input of which is connected to the source of the power transistor, and the second input to terminal OUT 2, the drain of the power transistor is connected to terminal OUT 1 of the power switch.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является «Схема управления силовым ключом» ((RU 2434320 C1, опубл.21.09.2010 г., МПК Н03К 17/00). Она содержит генератор, силовой транзистор, изолирующий трансформатор, изолированный источник питания, схему «НЕ», два резистора, два конденсатора, два ключа, второй изолирующий трансформатор, схему «НЕ», схему «И», первый преобразователь, второй преобразователь, первый выпрямитель, второй выпрямитель,The closest in technical essence to the proposed utility model is the "Power Key Management Scheme" ((RU 2434320 C1, publ. 21.09.2010, IPC Н03К 17/00). It contains a generator, a power transistor, an isolation transformer, an isolated power source “NOT” circuit, two resistors, two capacitors, two switches, a second isolation transformer, “NOT” circuit, “I” circuit, first converter, second converter, first rectifier, second rectifier,

неизолированный второй источник питания, напряжение которого ниже, чем у изолированного источника питания, и пороговый элемент.Выход генератора подключен к входу первого преобразователя, а управляющий вход первого преобразователя подсоединен к клемме ВХ1.an uninsulated second power source, the voltage of which is lower than that of an isolated power source, and a threshold element. The output of the generator is connected to the input of the first converter, and the control input of the first converter is connected to terminal BX1.

Выход первого преобразователя подключен к выводам первой обмотки второго изолирующего трансформатора, выводы второй обмотки второго изолирующего трансформатора подсоединены к выходу второго преобразователя, выводы первой обмотки первого изолирующего трансформатора подсоединены к выходу генератора, вход второго преобразователя подключен к выводам второй обмотки первого изолирующего трансформатора, управляющий вход второго преобразователя подключен к клемме, ВХ2, выводы третьей обмотки второго изолирующего трансформатора соединены с входами первого выпрямителя, его выходы подключены к выводам первого конденсатора. Плюсовый выход первого выпрямителя подсоединен к входу порогового элемента, а его минусовый выход подключен к неизолированному общему проводу, выход порогового элемента соединен с клеммой ВЫХ1, выводы четвертой обмотки второго изолирующего трансформатора подключены к входам второго выпрямителя, а выходы второго выпрямителя соединены с выводами второго конденсатора. Плюсовый выход второго выпрямителя подсоединен к одному из входов схемы «И», а его минусовый выход подключен к изолированному общему проводу, второй вход схемы «И» соединен с выходом первой схемы «НЕ», вход которой подключен к управляющему входу второго преобразователя. Выход схемы «И» соединен с управляющим входом первого ключа и с входом второй схемы «НЕ». Выход второй схемы «НЕ» соединен с управляющим входом второго ключа, первый вывод первого ключа подключен к плюсовому выходу изолированного источника питания, его второй вывод подсоединен к первому выводу первого резистора. Первый вывод второго ключа подключен к минусовому выходу изолированного источника питания, а его второй вывод подсоединен к первому выводу второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены с затвором силового транзистора, исток силового транзистора подключен к изолированному общему проводу, подключенному к клемме ВЫХ2 силового ключа, а сток силового транзистора подключен к клемме ВЫХЗ силового ключа.The output of the first converter is connected to the terminals of the first winding of the second isolation transformer, the terminals of the second winding of the second isolation transformer are connected to the output of the second converter, the outputs of the first winding of the first isolation transformer are connected to the output of the generator, the input of the second converter is connected to the terminals of the second winding of the first isolation transformer, the control input of the second the converter is connected to the terminal, ВХ2, the terminals of the third winding of the second isolation transformer are connected with the inputs of the first rectifier, its outputs are connected to the terminals of the first capacitor. The positive output of the first rectifier is connected to the input of the threshold element, and its negative output is connected to an uninsulated common wire, the output of the threshold element is connected to terminal OUT1, the terminals of the fourth winding of the second isolation transformer are connected to the inputs of the second rectifier, and the outputs of the second rectifier are connected to the terminals of the second capacitor. The positive output of the second rectifier is connected to one of the inputs of the “AND” circuit, and its negative output is connected to an insulated common wire, the second input of the “AND” circuit is connected to the output of the first “NOT” circuit, the input of which is connected to the control input of the second converter. The output of the “AND” circuit is connected to the control input of the first key and to the input of the second “NOT” circuit. The output of the second circuit is NOT connected to the control input of the second key, the first output of the first key is connected to the positive output of an isolated power source, its second output is connected to the first output of the first resistor. The first output of the second key is connected to the negative output of the isolated power source, and its second output is connected to the first output of the second resistor, the second outputs of the first and second resistors are connected to the gate of the power transistor, the source of the power transistor is connected to an insulated common wire connected to terminal OUT2 of the power key , and the drain of the power transistor is connected to the OUT terminal of the power switch.

Недостатками известных устройств являются низкая помехозащищенность устройства.The disadvantages of the known devices are low noise immunity of the device.

Технический результат предлагаемого устройства управления и защиты силовых транзисторов состоит в достижении возможности защиты силового транзистора от сквозного тока в момент открытия одного ключа и закрытия другого, работающих по схеме тандем для получения на выходе прямоугольного импульса отрицательной и положительной полярности той же длительности и скважности, что и поступившие на вход управляющие прямоугольные импульсы.The technical result of the proposed control and protection device for power transistors is to achieve the possibility of protecting the power transistor from the through current at the moment of opening one key and closing the other, working in tandem circuitry to obtain a negative and positive polarity pulse of the same duration and duty cycle as the output control rectangular pulses received at the input.

Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что устройство управления и защиты силовых транзисторов содержит генератор импульсов, первый источник питания, второй источник питания, первый силовой транзистор.The essence of the proposed utility model is that the control and protection device of the power transistors contains a pulse generator, a first power source, a second power source, a first power transistor.

Новым в предлагаемой полезной модели является введение устройства распределения импульсов, первого сумматора, второго сумматора, второго генератора импульсов, первого усилителя, второго усилителя, второго силового транзистора, первого устройства управления первым силовым транзистором, второго устройства управления вторым силовым транзистором. Вход устройства распределения импульсов является входом устройства управления и защиты силовых транзисторов, первый выход устройства распределения импульсов соединен со входом первого генератора импульсов, второй выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом первого сумматора, третий выход устройства распределения импульсов соединен с входом второго генератора импульсов, четвертый выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом второго сумматора, выход первого генератора импульсов подключен ко второму входу первого сумматора, выход которого соединен со входом первого усилителя, выход первого усилителя подключен первой светолинией к входу первого устройства управления первым силовым транзистором, выход которого подключен к затвору первого силового транзистора, катод первого силового транзистора подключен к первому источнику питания, анод первого силового транзистора соединен с катодом второго силового транзистора и является выходом устройства управления и защиты силовых транзисторов, выход второго генератора импульсов подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого соединен со входом второго усилителя, выход второго усилителя подключен второй светолинией к входу второго устройства управления вторым транзистором, выход второго устройства управления вторым силовым транзистором соединен с затвором второго силового транзистора, анод второго силового транзистора подключен к второму источнику питания.New in the proposed utility model is the introduction of a pulse distribution device, a first adder, a second adder, a second pulse generator, a first amplifier, a second amplifier, a second power transistor, a first control device of a first power transistor, a second control device of a second power transistor. The input of the pulse distribution device is the input of the power transistor control and protection device, the first output of the pulse distribution device is connected to the input of the first pulse generator, the second output of the pulse distribution device is connected to the first input of the first adder, the third output of the pulse distribution device is connected to the input of the second pulse generator, fourth the output of the pulse distribution device is connected to the first input of the second adder, the output of the first pulse generator is connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to the input of the first amplifier, the output of the first amplifier is connected by the first light line to the input of the first control device of the first power transistor, the output of which is connected to the gate of the first power transistor, the cathode of the first power transistor is connected to the first power source, the anode of the first the power transistor is connected to the cathode of the second power transistor and is the output of the control and protection device of the power transistors, the output of the second pulse generator in connected to the second input of the second adder, the output of which is connected to the input of the second amplifier, the output of the second amplifier is connected by the second light line to the input of the second control device of the second transistor, the output of the second control device of the second power transistor is connected to the gate of the second power transistor, the anode of the second power transistor is connected to second power source.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства управления и защиты силовых транзисторов.Figure 1 presents the functional diagram of the proposed device control and protection of power transistors.

На фиг.2 представлен график работы предлагаемого устройства управления и защиты силовых транзисторов.Figure 2 presents the schedule of the proposed device control and protection of power transistors.

Устройство управления и защиты силовых транзисторов содержит устройство распределения импульсов 1, первый генератор импульсов 2, второй генератор импульсов 3, первый сумматор 4, второй сумматор 5, первый усилитель 6, второй усилитель 7, первый источник питания 8, второй источник питания 9, первое устройство управления первым силовым транзистором 10, второе устройство управления вторым силовым транзистором 11, первую светолинию 12, вторую светолинию 13. первый силовый транзистор 14, второй силовой транзистор 15. Вход устройства распределения импульсов 1 является входом устройства управления и защиты силовых транзисторов, первый выход устройства распределения импульсов 1 соединен со входом первого генератора импульсов 2, второй выход устройства распределения импульсов 1 соединен с первым входом первого сумматора, третий выход устройства распределения импульсов 1 соединен с входом второго генератора импульсов 3, четвертый выход устройства распределения импульсов 1 соединен с первым входом второго сумматора 5. Выход первого генератора импульсов 2 подключен ко второму входу первого сумматора 4, выход которого соединен со входом первого усилителя 6, выход первого усилителя 6 подключен первой светолинией 12 к входу первого устройства управления первым транзистором 10, выход которого подключен к затвору первого силового транзистора 14 катод которого подключен к первому источнику питания 8. Анод первого силового транзистора 14 соединен с катодом второго силового транзистора 15 и является выходом устройства управления и защиты силовых транзисторов. Выход второго генератора импульсов 3 подключен ко второму входу второго сумматора 5, выход которого соединен со входом второго усилителя 7, выход второго усилителя 7 подключен второй светолинией 13 к входу второго устройства управления 11 вторым силовым транзистором 15, выход которого соединен с затвором второго силового транзистора 15 к аноду которого подключен второй источник питания 9.The power transistor control and protection device comprises a pulse distribution device 1, a first pulse generator 2, a second pulse generator 3, a first adder 4, a second adder 5, a first amplifier 6, a second amplifier 7, a first power source 8, a second power source 9, a first device controlling the first power transistor 10, the second control device of the second power transistor 11, the first light line 12, the second light line 13. the first power transistor 14, the second power transistor 15. The input of the pulse distribution device owl 1 is the input of the control and protection device for power transistors, the first output of the pulse distribution device 1 is connected to the input of the first pulse generator 2, the second output of the pulse distribution device 1 is connected to the first input of the first adder, the third output of the pulse distribution device 1 is connected to the input of the second pulse generator 3, the fourth output of the pulse distribution device 1 is connected to the first input of the second adder 5. The output of the first pulse generator 2 is connected to the second input of the first a matator 4, the output of which is connected to the input of the first amplifier 6, the output of the first amplifier 6 is connected by the first light line 12 to the input of the first control device of the first transistor 10, the output of which is connected to the gate of the first power transistor 14 whose cathode is connected to the first power source 8. The anode of the first power transistor 14 is connected to the cathode of the second power transistor 15 and is the output of the control and protection device of power transistors. The output of the second pulse generator 3 is connected to the second input of the second adder 5, the output of which is connected to the input of the second amplifier 7, the output of the second amplifier 7 is connected by the second light line 13 to the input of the second control device 11 of the second power transistor 15, the output of which is connected to the gate of the second power transistor 15 to the anode of which a second power source 9 is connected.

Устройство предназначено для управления и защиты силовых транзисторов от сквозного тока в момент открытия одного транзистора и закрытия другого, работающих по схеме тандем для получения на выходе прямоугольного импульса отрицательной и положительной полярности той же длительностью и скважностью, что и поступающие с внешнего устройства, управляющие прямоугольные импульсы.The device is designed to control and protect power transistors from through current at the moment of opening one transistor and closing another, working in tandem scheme to obtain a negative and positive polarity output pulse of the same duration and duty cycle as the control rectangular pulses from an external device .

Устройство распределения импульсов 1 распределяет импульсы, поступившие с внешнего устройства на четыре устройства: первый генератор 2 первый сумматор 4 второй сумматор 5, второй генератор 3. Первый генератор 2 (генерирующий короткий импульс по фронту и спаду поступающих на него импульсов), и первый сумматор 4 (суммирующий импульс с устройства распределения импульсов и короткий импульс с генератора) предназначены это для того, чтобы вырезать часть управляющего импульса, тем самым уменьшить время сквозного тока на силовых транзисторах на момент открытия одного и закрытия другого (Фиг.2). Второй сумматор 5 и второй генератор 3 работают по тому же принципу. Первый 6 и второй 7 усилители усиливают импульсы до требуемого уровня напряжения для передачи по светолиниям 12, 13 на первое 10 и второе 11 устройства управления первым 14 и вторым 15 силовыми транзисторами. Первое и второе устройства управления первым и вторым силовым транзистором усиливает импульсы, поступившие с первого и второго усилителя до требуемого уровня напряжение, для управления первым 14 и вторым 15 силовыми транзисторами. Первый 8 и второй 9 источники питания формируют напряжения положительной и отрицательной полярности выходных импульсов. Первый и второй силовые транзисторы 14, 15 работают поочередно: один открывается, в это время другой закрывается, тем самым, формируя отрицательное или положительное напряжение. Гальваническая развязка между первым усилителем 6 и первым устройством управления первым силовым транзистором 14, а также вторым усилителем 7 и вторым устройством управления вторым силовым транзистором 11 осуществляется с помощью светолиний 12, 13, обеспечивающая развязку свыше 22 кВ.The pulse distribution device 1 distributes the pulses received from the external device into four devices: the first generator 2, the first adder 4, the second adder 5, the second generator 3. The first generator 2 (generating a short pulse along the edge and decay of the pulses arriving at it), and the first adder 4 (a summing pulse from a pulse distribution device and a short pulse from a generator) are intended to cut out a part of the control pulse, thereby reducing the through-current time on power transistors at ent opening one and closing the other (Figure 2). The second adder 5 and the second generator 3 operate on the same principle. The first 6 and second 7 amplifiers amplify the pulses to the required voltage level for transmission through the light lines 12, 13 to the first 10 and second 11 of the control device of the first 14 and second 15 power transistors. The first and second control devices of the first and second power transistor amplifies the pulses received from the first and second amplifier to the required voltage level to control the first 14 and second 15 power transistors. The first 8 and second 9 power sources form a voltage of positive and negative polarity of the output pulses. The first and second power transistors 14, 15 operate alternately: one opens, while the other closes, thereby forming a negative or positive voltage. The galvanic isolation between the first amplifier 6 and the first control device of the first power transistor 14, as well as the second amplifier 7 and the second control device of the second power transistor 11 is carried out using light lines 12, 13, providing isolation of more than 22 kV.

Claims

A control and protection device for power transistors, comprising a first pulse generator, a first power source, a second power source, a first power transistor, characterized in that a pulse distribution device, a first adder, a second adder, a second pulse generator, a first amplifier, a second amplifier, and a second are introduced power transistor, the first control device of the first power transistor, the second control device of the second power transistor, the input of the pulse distribution device is the input of the device control and protection of power transistors, the first output of the pulse distribution device is connected to the input of the first pulse generator, the second output of the pulse distribution device is connected to the first input of the first adder, the third output of the pulse distribution device is connected to the input of the second pulse generator, the fourth output of the pulse distribution device the first input of the second adder, the output of the first pulse generator is connected to the second input of the first adder, the output of which is connected to about the input of the first amplifier, the output of the first amplifier is connected by the first light line to the input of the first control device of the first power transistor, the output of which is connected to the gate of the first power transistor, the cathode of the first power transistor is connected to the first power source, the anode of the first power transistor is connected to the cathode of the second power transistor and is the output of the control and protection device for power transistors, the output of the second pulse generator is connected to the second input of the second adder, the output of which connected to the input of the second amplifier, the second amplifier output is connected to the second input of the second svetoliniey controls the second transistor, the second control device output a second power transistor connected to the gate of the second power transistor, the anode of the second power transistor connected to the second power source.