RU2103812C1

RU2103812C1 - Transistor switch

Info

Publication number: RU2103812C1
Application number: RU96111831A
Authority: RU
Inventors: Л.Р. Гутер
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Счетное машиностроение"
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 1998-01-27

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: transistor switch has primary power supply connected in series with reactive load incorporating pulse transformer first and second leads of correcting reactor primary winding and drain-source (collector-emitter) junction of power transistor, control unit connected to control input of power transistor; first lead of correcting reactor secondary winding is connected to second lead of primary winding and second lead of secondary winding is connected through anode-cathode junction of first diode and capacitor to second lead of primary winding; first-diode cathode is connected to second-diode anode whose cathode is connected to first lead of correcting reactor primary winding. EFFECT: improved design. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания. The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power sources.

Известны транзисторные ключи, содержащие первичный источник питания, силовой транзистор, реактивную нагрузку, включающую в себя импульсный трансформатор, и корректирующий дроссель [1]. Known transistor switches containing a primary power source, a power transistor, a reactive load including a pulse transformer, and a correcting inductor [1].

Для передачи энергии, накапливаемой в корректирующем дросселе во время открытого состояния транзисторного ключа, дроссель имеет вторичную обмотку с подключенным выпрямительным диодом. Во время закрытого состояния транзисторного ключа вторичная обмотка корректирующего дросселя оказывается закороченной. Однако при постоянной времени дросселя τ = L/R → 0, ток в нем не спадает и эффективной передачи энергии в нагрузку преобразователя не происходит. To transfer the energy accumulated in the correction choke during the open state of the transistor switch, the choke has a secondary winding with a rectifier diode connected. During the closed state of the transistor switch, the secondary winding of the correcting inductor is shorted. However, at a constant time of the inductor τ = L / R → 0, the current in it does not decrease and efficient transfer of energy to the converter load does not occur.

Наиболее близким к предлагаемому является транзисторный ключ, содержащий первичный источник питания, к которому последовательно подключены реактивная нагрузка, включающая в себя импульсный трансформатор, первый и второй выводы первичной обмотки корректирующего дросселя и переход коллектор - эмиттер силового транзистора, вторичная обмотка корректирующего дросселя через выпрямительный диод подключена к дополнительной обмотке дросселя выходного фильтра [2]. Closest to the proposed one is a transistor switch containing a primary power source, to which a reactive load is connected, which includes a pulse transformer, the first and second terminals of the primary winding of the correction inductor and the collector-emitter junction of the power transistor, the secondary winding of the correction inductor through the rectifier diode is connected to the additional winding of the output filter choke [2].

В таком транзисторном ключе значительная часть энергии, накопленной в корректирующем дросселе, передается в нагрузку. Однако в этом устройстве невозможно полное исключение диссипативных резисторов, т.е. ее КПД ограничен. Кроме того, к корректирующему дросселю предъявляется требование повышенной прочности изоляции, так как, его первичная и вторичная обмотки соответственно подключены к первичному источнику питания и нагрузке, что усложняет его конструкцию. Дополнительные обмотки усложняют и конструкцию силового дросселя выходного фильтра. In such a transistor key, a significant part of the energy stored in the correction choke is transferred to the load. However, in this device, the complete exclusion of dissipative resistors, i.e. its efficiency is limited. In addition, a correcting inductor is required to increase the insulation strength, since its primary and secondary windings are respectively connected to the primary power source and load, which complicates its design. Additional windings complicate the design of the power inductor of the output filter.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является повышение КПД, надежности и технологичности транзисторного ключа и преобразователя, построенного на его основе. The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the efficiency, reliability and manufacturability of the transistor switch and a converter based on it.

Это достигается тем, что в транзисторном ключе, содержащем первичный источник питания, к которому последовательно подключены реактивная нагрузка с импульсным трансформатором, первый и второй выводы первичной обмотки корректирующего дросселя и переход сток-исток (коллектор-эмиттер) силового транзистора, и блок управления, первый вывод вторичной обмотки корректирующего дросселя подключен к второму выводу первичной обмотки, второй вывод вторичной обмотки через переход анод-катод первого диода и конденсатор подключен к второму выводу первичной обмотки, катод первого диода подключен к аноду второго диода, катод которого подключен к первому выводу первичной обмотки корректирующего дросселя. This is achieved by the fact that in a transistor key containing a primary power source, to which a reactive load with a pulse transformer is connected in series, the first and second terminals of the primary winding of the correction inductor and the drain-source (collector-emitter) junction of the power transistor, and the control unit, the first the output of the secondary winding of the correction inductor is connected to the second output of the primary winding, the second output of the secondary winding through the junction of the first diode and the capacitor is connected to the second output of primary winding, the cathode of the first diode is connected to the anode of the second diode, the cathode of which is connected to the first output of the primary winding of the correction inductor.

Это достигается также тем, что в транзисторный ключ введен включенный последовательно с вторым третий диод, а второй диод подключен к первому выводу первичной обмотки корректирующего дросселя через введенный диод. This is also achieved by the fact that a third diode connected in series with the second is introduced into the transistor switch, and the second diode is connected to the first output of the primary winding of the correction inductor through the introduced diode.

На чертеже приведена схема предлагаемого транзисторного ключа. The drawing shows a diagram of the proposed transistor switch.

На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - первичный источник питания, 2 - реактивная нагрузка, 3 - первичная обмотка, 4 - корректирующий дроссель, 5 - силовой транзистор, 6 - вторичная обмотка, 7 - первый диод, 8 - конденсатор, 9, 10 - второй и третий диоды, 11 - блок управления. The following notation is adopted in the drawing: 1 - primary power source, 2 - reactive load, 3 - primary winding, 4 - correction inductor, 5 - power transistor, 6 - secondary winding, 7 - first diode, 8 - capacitor, 9, 10 - second and third diodes, 11 - control unit.

Устройство содержит первичный источник питания 1, к которому последовательно подключены реактивная нагрузка с импульсным трансформатором 2, первый и второй выводы первичной обмотки 3 корректирующего дросселя 4, переход сток-исток (коллектор-эмиттер) силового транзистора 5, вторичную обмотку корректирующего дросселя 6, первый вывод которой подключен к второму выводу обмотки 3. Второй вывод обмотки 6 через диод 7 и конденсатор 8 подключен к второму выводу обмотки 3, катод диода 7 через последовательно соединенные диоды 9, 10 соединен с первым выводом обмотки 3. Блок управления 11 подключен к управляющему входу силового транзистора 5. The device contains a primary power source 1, to which a reactive load with a pulse transformer 2 is connected in series, the first and second terminals of the primary winding 3 of the correction inductor 4, the drain-source (collector-emitter) transition of the power transistor 5, the secondary winding of the correction inductor 6, the first output which is connected to the second output of the winding 3. The second output of the winding 6 through the diode 7 and the capacitor 8 is connected to the second output of the winding 3, the cathode of the diode 7 is connected through a series of diodes 9, 10 to the first terminal house winding 3. The control unit 11 is connected to the control input of the power transistor 5.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 11 формирует импульсы, периодически отпирающие и запирающие силовой транзистор 5. В реактивной нагрузке 2 присутствует емкостная составляющая (конденсатор или межвитковая емкость обмотки импульсного трансформатора), благодаря которой при включении транзистора 5 ток в цепи сток-исток может быстро нарастать, опережая процесс спада напряжения на нем. Это вызывает повышенные динамические потери при включении транзистора 5. Для ограничения скорости нарастания тока и его задержки до снижения напряжения сток-исток служит первичная обмотка 3 корректирующего дросселя 4. В течение открытого состояния транзистора 5 индуктивность обмотки 3 накапливает магнитную энергию, которая должна быть выведена из дросселя 4 при запирании транзистора. The device operates as follows. The control unit 11 generates pulses, periodically unlocking and locking the power transistor 5. In the reactive load 2 there is a capacitive component (capacitor or inter-turn capacitance of the pulse transformer winding), due to which, when the transistor 5 is turned on, the current in the drain-source circuit can quickly increase, ahead of the decay process voltage on it. This causes increased dynamic losses when the transistor 5 is turned on. To limit the slew rate of the current and its delay until the drain-source voltage decreases, the primary winding 3 of the correction inductor 4 serves. During the open state of the transistor 5, the inductance of the winding 3 accumulates magnetic energy, which must be removed from throttle 4 when locking the transistor.

В момент запирания транзистора 5 напряжение на обмотке 3 меняет знак и конденсатор и начинает заряжаться через диоды 9, 10. На вторичной обмотке 6, включенной встречно и содержащей в 2-3 раза больше витков) возникает ЭДС, которая через диод 7 перезаряжает конденсатор 8 в противоположной полярности. В результате на конденсаторе 8 поддерживается низкое (≈1 В) постоянное напряжение, не влияющее на работу схемы между моментами коммутации. When the transistor 5 is turned off, the voltage on the winding 3 changes sign and the capacitor and starts charging through diodes 9, 10. On the secondary winding 6, which is turned on and containing 2-3 times more turns), an EMF appears, which recharges the capacitor 8 through diode 7 opposite polarity. As a result, a low (≈1 V) constant voltage is maintained on the capacitor 8, which does not affect the operation of the circuit between switching times.

Таким образом, магнитная энергия, накапливаемая в дросселе, трансформируется в электрическую энергию перезаряда конденсатора, что позволяет исключить диссипативные резисторы и повысить КПД транзисторного ключа. Thus, the magnetic energy stored in the inductor is transformed into the electric energy of the capacitor overcharge, which eliminates dissipative resistors and increases the efficiency of the transistor switch.

Для уменьшения емкостной связи между обмотками дросселя 4 и повышения его технологичности он выполняется в виде двух секций на стержневом сердечнике. To reduce the capacitive coupling between the windings of the inductor 4 and increase its manufacturability, it is performed in the form of two sections on a core core.

Блок управления 11 может быть выполнен аналогично блоку управления, описанному в авт. св. N 1220075. The control unit 11 can be performed similarly to the control unit described in ed. St. N 1220075.

Необходимым условием работы является запертое состояние диодов 9, 10 в паузе между моментами коммутации. В противном случае, даже при разомкнутом (стержневом) сердечнике дросселя наступает его насыщение. A necessary condition for operation is the locked state of the diodes 9, 10 in the pause between the moments of switching. Otherwise, even with the open (core) core of the throttle, its saturation occurs.

Вследствие неидеальности диодов и конденсатора на нем в моменты коммутации возникают импульсные помехи. Для исключения насыщения сердечника дросселя по этой причине используется последовательное соединение двух диодов 9, 10. Due to the imperfection of the diodes and the capacitor, pulsed interference occurs on it during switching times. To avoid saturation of the core of the inductor for this reason, a series connection of two diodes 9, 10 is used.

Поскольку обмотки дросселя 4 электрически связаны, то к нему не предъявляются требования повышенной электрической прочности. Не требуется также каких-либо усложнений других элементов преобразователя (дросселя выходного фильтра). Since the windings of the inductor 4 are electrically connected, then requirements for increased electric strength are not imposed on it. It also does not require any complications of other elements of the converter (output filter choke).

Предложенное техническое решение проверялось в составе преобразователя напряжения с электропитанием от выпрямленного напряжения промышленной сети 220В. Выходные параметры: 15 В; 14 А. В качестве силового транзистора используется прибор КП809А1. The proposed technical solution was tested as part of a voltage converter with power from the rectified voltage of an industrial 220V network. Output parameters: 15 V; 14 A. As a power transistor, the device KP809A1 is used.

Использование предложенного решения позволило снизить рассеиваемую транзистором мощность на 3 Вт. Using the proposed solution allowed to reduce the power dissipated by the transistor by 3 watts.

Claims

1. A transistor switch containing a primary power source, to which a reactive load with a pulse transformer is connected in series, the first and second terminals of the primary winding of the correction inductor and the drain-source (collector-emitter) power transistor and a control unit connected to the control input of the power transistor, characterized in that the first terminal of the secondary winding of the correction inductor is connected to the second terminal of the primary winding, the second terminal of the secondary winding through the junction of the anode, the cathode of the first first diode and a capacitor connected to the second terminal of the primary winding, the cathode of the first diode connecting to a second diode anode, a cathode of which is connected to the first terminal of the primary winding correction throttle.

2. The key according to claim 1, characterized in that the third diode connected in series with the second is inserted into it, and the second diode is connected to the first output of the primary winding of the correction inductor through the third diode.