RU1778886C - Устройство дл управлени мощным высоковольтным транзисторным ключом - Google Patents

Description

1

(21)4918910/07 (22) 14.03.91 (46)30.11.92. Бюл. №44

(71)Специальное конструкторско-техноло- гическое бюро прецизионного оборудовани  Вектор

(72)Г.Ю.Иванов

(56)Авторское свидетельство СССР N: 1541767, кл. Н 03 К 17/60, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 1504751, кл. Н 02 М ./08, 1987., (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНЫМ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ

(57)Устройство дл  управлени  мощным высоковольтным транзисторным ключом содержит высоковольтный транзистор 1, коллектор которого через предохранитель 2

соединен с первой выходной клеммой 3, эмиттер с коллектором мощного высокочастотного управл ющего транзистора 4, эмиттер которого соединен с второй выходной клеммой 5. Конденсатор 6 одним выводом подключен к второй выходной клемме 5, а вторым к эмиттеру транзистора 7, катоду диода 8, база транзистора 7 через резистор 10 и стабилитрон 11 подключена к второй выходной клемме 5. Параллельно база- змиттерному переходу транзистора 7 включен резистор 12. Генератор 13 управл ющих импульсов первым выводом 14 соединен с второй выходной клеммой 8. вторым выводом 15 через резистор 16 - с базой управл ющего транзистора 4, а через диод 17 и токоограничительный резистор 18 с базой высоковольтного транзистора 1. 1 ил.

(Л

С

VI

vr

00 00 00 Оч

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в преобразовател х , ключевых усилител х мощности, источниках электропитани .

Известно устройство дл  повышени  быстродействи  высоковольтного транзистора при коммутации высоковольтных нагрузок , содержащее высоковольтный транзистор, коллектор которого соединен с выходной шиной, эмиттер, - с коллектором другого транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а база которого соединена с выходом управл ющего ключа, а также резистор-ограничитель, включенный между клеммой низковольтного источника питани  и базой высоковольтного транзистора , к которой подключены также неинвертирующий вход дифференциального усилител , первый вывод конденсатора и катод стабилитрона, анод которого и второй вывод конденсатора подключены к общей шине, инвертирующий вход дифференциального усилител  подключен к клемме опорного напр жени , а выход к входу управл ющего ключа, управл ющий вход которого  вл етс  управл ющим входом транзисторного ключа.

В данном устройстве стабилизируетс  режим работы по базе высоковольтного транзистора и контролируетс  насыщение другого транзистора, чем обеспечиваетс  малое врем  выключени  ключа.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что дл  работы требуетс  дополнительный источник питани .

Наиболее близким по технической сущности решением  вл етс  устройство дл  управлени  мощным высоковольтным транзисторным ключом, содержащее мощный высоковольтный транзистор, коллектор которого через предохранитель подключен к первой выходной клемме, база через параллельно соединенные диод и резистор к первому выводу конденсатора, второй вывод которого подключен к второй выходной клемме, эмиттер к коллектору мощного высокочастотного управл ющего транзистора , эмиттер которого подключен к второй выходной клемме ключа. Генератор управл ющих импульсов первым выводом подключен к второй выходной клемме ключа, а вторым выводом через резистор соединен с базой управл ющего транзистора и через диод и токоограничительный резистор с базой высоковольтного транзистора. Параллельно управл ющему транзистору подключен тиристор, управл ющий вход которого соединен с общей точкой стабилитрона и резистора, соединенных

последовательно и подключенных параллельно конденсатору.

Данное устройство обладает большой надежностью, котора  обеспечивает резервированием высоковольтных транзисторов. Восстановление работоспособности устройства при отказе одного из высоковольтных транзисторов обеспечиваетс  выжиганием предохранител , включенного

0 в коллекторную цепь, при устранении возможности приложени  высокого напр жени  к низковольтному высокочастотному управл ющему транзистору.

Недостатком этого устройства  вл етс 

5 то, что дл  защиты низковольтного высокочастотного управл ющего транзистора от перенапр жени  используетс  тиристор. Дл  запирани  обычного тиристора с его анода надо сн ть положительное напр же0 ние или подать на анод отрицательное напр жение . Дл  запирани  полностью управл емого тиристора к его управл ющему электроду надо приложить мощный отрицательный импульс. Ничего этого в данном

5 устройстве не происходит. Поэтому тиристор , а соответственно и весь ключ будут находитьс  в открытом состо нии, через нагрузку потечет посто нный ток, который может привести к перегоранию всех

0 предохранителей или выходу из стро  оставшихс  высоковольтных транзисторов.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и надежности при коммутации высоковольтных сигналов.

5 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  управлени  мощным высоковольтным транзисторным ключом, содержащее генератор управл ющих импульсов, первый вывод которого предназначен дл 

0 подключени  к первому выходному зажиму ключа, токоограничительный резистор, один вывод которого предназначен дл  подключени  к базе высоковольтного транзистора , мощный высокочастотный

5 управл ющий транзистор, эмиттер которого предназначен дл  подключени  ко второму выходному зажиму ключа, коллектор предназначен дл  подключени  к эмиттеру высоковольтного транзисторного ключа, первые

0 выводы параллельно соединенных первого диода и первого резистора предназначены дл  подключени  к базе ключа, а их вторые выводы подключены к первому выводу конденсатора , второй вывод которого предназ5 начен дл  подключени  к второму выходному зажиму ключа, второй вывод генератора управл ющих импульсов подключен через второй резистор к базе высокочастотного транзистора, а через второй диод к другому выводу токоограничительного резистора, введены транзистор, стабилитрон, третий и четвертый резисторы , причем эмиттер транзистора подключен к первому выводу конденсатора, коллектор предназначен дл  подключени  ко второму выходному зажиму ключа, база транзистора через третий резистор подключена к катоду стабилитрона, анод которого предназначен дл  подключени  ко второму выходному зажиму ключа, а параллельно переходу база - эмиттер дополнительного транзистора включен четвертый резистор.

На чертеже изображена функциональна  электрическа  схема устройства.

Устройство дл  управлени  мощным высоковольтным транзисторным ключом содержит высоковольтный транзистор 1, коллектор которого через предохранитель 2 соединен с первой выходной клеммой 3, эмиттер с коллектором мощного высокочастотного управл ющего транзистора 4, эмиттер которого соединвь си второй выходной клеммой 5. Конденсатор 6 одним выводом подключен ко второй выходной клемме 5, а вторым к эмиттеру транзистора 7, катоду диода 8 и первому выводу резистора 9. Коллектор транзистора 7 и его база через резистор 10 и стабилитрон 11 подключены к второй выходной клемме 5. Параллельно база-эмиттерному переходу транзитора 7 включен резистор 12. Генератор 13 управл ющих импульсов первым выводом 14 соединен со второй выходной клеммой 5, вторым выводом 15 через резистор 16 - с базой управл ющего транзисто- . ра4, а через диод 17итокоограничительный резистор 18с базой высоковольтного транзистора 1.

Устройство работает следующим образом .

В нормальном режиме работы, т.е. при исправном высоковольтном транзисторе 1, в интервалах проводимости, когда сигнал на выходных выходах 14 и 15 генератора 13 управл ющих импульсов имеет пол рность, указанную на фиг. 1 без скобок, ток управлени , протека  по первой последовательности цепи, вывод 15 - диод 17 - резистор 18 - база-эмиттерный переход высоковольтного транзистора 1 - коллектср-эмиттерный переход управл ющего транзистора 4 - вывод 14 генератора 13 и по второй последовательной цепи: вы од 15 - резистор 16 - база-эмиттерный переход управл ющего транзистора 4 - вывод 1й генератора 13, поддерживает управл ющий транзистор 4 и высоковольтный транзистор 1 в насыщенном состо нии. Ток нагрузки протекает по цепи: перва  выходна  клемма 3 - высоковольтный транзистор 1 - управл ющий транзистор 4 - втора  выходна  клемма 5.

При изменении пол рности сигнала на выходах 14 и 15 генератора 13 управл ющих импульсов (пол рность на чертеже указана в скобках) управл ющий транзистор 4 закрываетс , отключа  эмиттер высоковольтного транзистора 1 от выходной клеммы 5.

Вследствие того, что высоковольтный транзистор более инерционный и имеет большее врем  рассасывани , чем низковольтный

высокочастотный управл ющий транзистор 4, он остаетс  в насыщенном состо нии. Ток нагрузки начинает протекать через база- коллекторный переход высоковольтного транзистора 1, диод 8, конденсатор 8 и выходную клемму 5. 8 результате под действием тока нагрузки происходит рассасывание избыточных носителей зар да из коллектор- базового перехода транзистора 1 при отключенном его база-эмиттерном переходе,

т.е. запирание высоковольтного транзистора происходит по схеме с общей базой. По окончании процесса рассасывани  высоковольтный транзистор 1 запираетс , зар д конденсатора 6 прекращаетс  и его потенциал остаетс  неизменным до конца периода .

С по снением отпирающего импульса напр жени  на зиходных выводах 14 и 15 генератора 13 управл ющих импульсов (пол рность на фиг.1 указана в скобках) управл ющий транзистор 4 и высоковольтный транзистор I отпираетс , в результате чего конденсатор 6 разр жаетс  через резистор 9, база-змиттерный переход высоковольтного транзистора 1 и управл ющий транзистор А и происходит форсированное включение высоковольтного транзистора за счет энергии, накопленной в конденсаторе 6 на интервале рассасывани  носителей зар да .

На интервале проводимости конденсатор 6 разр жаетс  с посто нной времени т

С.

где R - сопротивление резистора 9, С - емкость конденсатора б.

Поэтому интервал проводимости должен быть посто нной длительности, соизмеримой с посто нной времени г

При уменьшении интервала проводимости , например, при ШИМ модул ции конденсатор 8 не будет успевать разр жатьс , что приведет к рост/ напр жени  на нем в момент рассасывани  избыточных носителей ззр дз е коллектор-базовом переходе транзистора 1 пр  выключении ключа, Рост напр жени  нз конденсаторе нежелателен,

так как ведет к еще более форсированному включению высоковольтного транзистора 1 и увеличению его глубины насыщени , что в свою очередь ведет к увеличению времени рассасывани  избыточных носителей зар да в его коллектор-базовом переходе.

Дл  предотвращени  роста напр жени  на конденсаторе 6 служит транзистор 7, При превышении напр жением на конденсаторе б порогового значени  происходит пробой стабилитрона 11 и по цепи: выходна  клемма 3 - предохранитель 2 - переход коллектор - база транзистора 1 - диод 8 - переход база-эмиттер транзистор 7 - резистор 10 - стабилитрон 11 - выходна  клемма 5 начинает протекать ток. Транзистор 7 открываетс  и пропускает ток избыточных носителей зар да. После завершени  процесса рассасывани  и запирани  коллектор-базового перехода транзистора 1, конденсатор б начинает разр жатьс  через транзистор 7 до порогового напр жени . При достижении напр жением на конденсаторе 6 порогового значени  стабилитрон 11 запираетс , и транзистор 7 выключаетс .

При работе на индуктивную нагрузку в момент выключени  может произойти отказ высоковольтного транзистора, когда максимальны динамические потери.

При отказе высоковольтного транзистора 1 происходит короткое замыкание его переходов, в результате чего ток начинает протекать по цепи: выходна  клемма 3 - предохранитель 2 - короткозамкнутый коллектор-базовый переход транзистора 1 -диод 8 - конденсатор 6 - выходна  клемма 5, Конденсатор 6 зар жаетс  током нагрузки, при этом напр жение на переходе коллектор-эмиттер управл ющего транзистора 4 превышает напр жение на конденсаторе 6 только на величину напр жени  лавинного пробо  база-эмиттерного перехода высоковольтного транзистора 1.

При превышении напр жением на конденсаторе 6 порогового значени  происходит пробой стабилитрона 11 и открытие транзистора 7. Ток через предохранитель 2 замыкаетс  по цепи: выходна  клемма 3 - предохранитель 2 - короткозамкнутый переход коллектор-база транзистора 1 -диод 8 - транзистор 7 - выходна  клемма 5, После перегорани  предохранител  2 замен етс 

транзистор 1, работоспособность ключа восстанавливаетс .

Таким образом, устройство при реализации обеспечивает быстродействие и надежность при коммутации высоковольтных сигналов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  мощным высоковольтным транзисторным ключом, содержащее генератор управл ющих импульсов, первый вывод которого предназначен дл  подключени  к первому выходному зажиму высоковольтного транзисторного ключа, токоограничительный резистор, один вывод которого предназначен дл  подключени  к базе высоковольтного транзисторного ключа, мощный высокочастотный управл ющий транзистор, эмиттер которого предназначен дл  подключени  к второму выходному зажиму высоковольтного транзисторного ключа, коллектор предназначен, дл  подключени  к эмиттеру высоковольтного транзисторного ключа, параллельно

   подключенные первый диод и первый резистор , первые выводы которых предназначены дл  подключени  к базе высоковольтного транзисторного ключа, а вторые выводы подключены к первому выводу конденсатора, второй вывод которого предназначен дл  подключени  к второму выходному зажиму высоковольтного транзисторного ключа, при этом второй вывод генератора управл ющих импульсов подключей через второй резистор к базе высокочастотного управл ющего транзистора, а через второй диод к другому выводу токоог- раничительного резистора, отличающеес  тем, что, с целью повышени 

   быстродействи , введены транзистор, стабилитрон , третий и четвертый резисторы, причем эмиттер транзистора подключен к первому выводу конденсатора, коллектор предназначен дл  подключени  к второму

   выходному зажиму высоковольтного транзисторного ключа, база транзистора через третий резистор подключена к катоду стабилитрона , анод которого предназначен дл  подключени  к второму выходному зажиму

   высоковольтного транзисторного ключа, а параллельно переходу база-эмиттер транзистора включен четвертый резистор.