RU2156997C1 - Method for controlling saturation of transistor gate - Google Patents

Method for controlling saturation of transistor gate Download PDF

Info

Publication number
RU2156997C1
RU2156997C1 RU99105907A RU99105907A RU2156997C1 RU 2156997 C1 RU2156997 C1 RU 2156997C1 RU 99105907 A RU99105907 A RU 99105907A RU 99105907 A RU99105907 A RU 99105907A RU 2156997 C1 RU2156997 C1 RU 2156997C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
power
control circuit
circuit
transistor switch
Prior art date
Application number
RU99105907A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.И. Лаврентьев
Н.В. Лаврентьева
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU99105907A priority Critical patent/RU2156997C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2156997C1 publication Critical patent/RU2156997C1/en

Links

Landscapes

  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Abstract

FIELD: power transistor gates using bipolar transistors. SUBSTANCE: method involves application and regulation of current from power supply units of power circuit and control circuit of transistor gate. Simultaneously with application of direct current to control circuit, method involves regulated application of alternating current to control circuit using minimal possible amplitude to provide reliable detection of this constituent in background noise. Then, method involves measurement of total alternating current constituents in control circuit and power circuit of transistor gate, and comparison of their ratio to reference value, which is equal to ratio of voltage levels of power supply units in power circuit and control circuit. Saturation mode is detected by result. This results in on-line monitoring of shift of working mode of transistor gate in gate or active mode outside of point, which is defined as boundary between gate and active modes, so that even short-term exit of power transistor gate within active mode out of saturation is detected. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля обеспечения режима насыщения транзисторного ключа - основного элемента при разработке высокоэффективной силовой бесконтактной защитно-коммутационной аппаратуры. Предложенное решение возможно использовать также при изучении и учете воздействия различных влияющих факторов, например, излучения космического пространства, на аппаратуру, содержащую транзисторы, работающие в ключевом режиме. The invention relates to measuring equipment and is intended to control the saturation of the transistor switch - the main element in the development of high-performance power non-contact protective and switching equipment. The proposed solution can also be used when studying and taking into account the influence of various influencing factors, for example, radiation from outer space, on equipment containing transistors operating in the key mode.

Известны способы контроля режима насыщения транзисторного ключа, заключающиеся в подаче от соответствующих источников питания токов в силовую цепь и цепь управления транзистора ключа, изменении тока в силовой цепи таким образом, чтобы транзистор находился в ключевом режиме и переходил в активный режим, и по резкому увеличению падения напряжения на ключе судят о границе между ключевым режимом и активным режимом. Этот способ широко описан в литературе, в соответствующих учебниках и учебных пособиях, например: О.А. Коссов "Усилители мощности на транзисторах в режиме переключения" Энергия, М., 1971 на стр. 31- 32. Known methods for controlling the saturation mode of the transistor switch, which include supplying currents from the corresponding power sources to the power circuit and the control circuit of the transistor switch, changing the current in the power circuit so that the transistor is in key mode and goes into active mode, and a sharp increase in the drop key voltages judge the boundary between the key mode and the active mode. This method is widely described in the literature, in relevant textbooks and teaching aids, for example: O.A. Kossov "Power amplifiers on transistors in switching mode" Energy, M., 1971 on pp. 31-32.

Недостатком такого способа является использование косвенного параметра (величина падения напряжения на транзисторном ключе) для контроля режима насыщения транзисторного ключа. Использование косвенного параметра не позволяет обеспечить высокую точность контроля. Необходимо отметить, что ключевой режим работы транзисторов является основным режимом работы транзисторов в защитно-коммутационной аппаратуре. Информация об обеспечении режима насыщения транзисторного ключа, а также подтверждение выполнения этого режима в широком диапазоне температур, напряжений питания, воздействия проникающей радиации и т.д. крайне необходимы для разработчиков аппаратуры и контроля качества выпускаемой продукции. The disadvantage of this method is the use of an indirect parameter (the value of the voltage drop across the transistor key) to control the saturation mode of the transistor switch. Using an indirect parameter does not allow for high accuracy control. It should be noted that the key mode of operation of transistors is the main mode of operation of transistors in protective switching equipment. Information on ensuring the saturation mode of the transistor switch, as well as confirmation of the implementation of this mode in a wide range of temperatures, supply voltages, exposure to penetrating radiation, etc. extremely necessary for developers of equipment and quality control of products.

Сведения такого характера часто необходимо получать экспериментальным путем, особенно при подтверждении запасов по работоспособности электронной аппаратуры в экстремальных условиях при проведении различных испытаний. Information of this nature often needs to be obtained experimentally, especially when confirming the reserves on the performance of electronic equipment in extreme conditions during various tests.

Способ контроля режима насыщения транзисторного ключа, основанный на подаче и регулировании токов от источников питания силовой цепи и цепи управления транзисторного ключа, измерении токов в силовой цепи и цепи управления, измерении напряжений в силовой цепи и цепи управления, определении соотношения токов и сравнении полученного результата с опорной величиной позволяет избежать указанного недостатка. Опорной величиной каждый раз является результат предыдущего измерения. В результате, методом последовательных приближений способ позволяет определить точку управления, когда сумма мощностей, рассеиваемых в силовой цепи и цепи управления транзисторного ключа, достигает минимума. Этот способ, принятый авторами за прототип, позволяет контролировать коэффициент усиления транзистора в ключевом режиме, соотношение тока управления и тока нагрузки и, соответственно, контролировать режим насыщения транзисторного ключа. Описание способа приведено и подробно изложено в сборнике "Электронная техника в автоматике" 15 под ред. Ю.И. Конева, М. , Энергия, 1984 в статье Г.М. Веденеева и др. "Коэффициент передачи тока транзистора в режиме насыщения". Способ позволяет определить соотношение тока управления и тока нагрузки транзисторного ключа, при котором обеспечивается режим насыщения транзисторного ключа. Ввиду того, что контроль проводится с учетом ряда параметров, позволяющих непосредственно судить о режиме насыщения транзисторного ключа, предложенный в статье способ отличается существенно более высокой точностью, поскольку не подвержен влиянию таких факторов, как изменение характеристик силовых транзисторов, температура окружающей среды и т.д. A method for monitoring the saturation mode of a transistor switch, based on the supply and regulation of currents from power sources of the power circuit and the control circuit of the transistor switch, measuring currents in the power circuit and control circuit, measuring voltages in the power circuit and control circuit, determining the ratio of currents and comparing the result with reference value avoids this drawback. The reference value each time is the result of a previous measurement. As a result, the method allows successive approximations to determine the control point when the sum of the power dissipated in the power circuit and the control circuit of the transistor switch reaches a minimum. This method, adopted by the authors as a prototype, allows you to control the gain of the transistor in the key mode, the ratio of the control current to the load current and, accordingly, control the saturation mode of the transistor switch. A description of the method is given and described in detail in the collection "Electronic Engineering in Automation" 15, ed. Yu.I. Koneva, M., Energy, 1984 in an article by G.M. Vedeneeva et al. "Transistor current transfer coefficient in saturation mode". The method allows to determine the ratio of the control current and the load current of the transistor switch, in which the saturation mode of the transistor switch is provided. Due to the fact that the control is carried out taking into account a number of parameters that make it possible to directly judge the saturation mode of the transistor switch, the method proposed in the article is significantly more accurate, since it is not influenced by factors such as changes in the characteristics of power transistors, ambient temperature, etc. .

Недостатком такого способа контроля являются его низкая оперативность, поскольку требуется измерить токи и напряжения в силовой цепи и в цепи управления транзистора, определить мощности, рассеиваемые в этих цепях, суммарную мощность, рассеиваемую на ключе. Сравнение полученной величины с опорной, которой является результат предыдущего измерения, что требует также выполнения операции запоминания, и регулирование тока во входной цепи транзистора до уровня, когда рассеиваемая на транзисторе мощность имеет минимальную величину, производится многократно, что и обуславливает низкую оперативность способа. Необходимо также отметить, что при проведении контроля режима насыщения транзисторного ключа в составе автоматических систем, где ток управления формируется автоматически, по внутреннему алгоритму, использование данного способа становится затруднительно или вообще невозможно. Способ удобен для проведения лабораторных исследований и экспериментов, но при проведении контроля режима насыщения транзисторного ключа в заводских условиях, где требуется высокая производительность, способ неприменим. The disadvantage of this control method is its low efficiency, since it is necessary to measure currents and voltages in the power circuit and in the control circuit of the transistor, to determine the power dissipated in these circuits, the total power dissipated on the key. Comparison of the obtained value with the reference value, which is the result of the previous measurement, which also requires the memorization operation, and the current in the input circuit of the transistor is regulated to the level when the power dissipated by the transistor is at a minimum value, is performed repeatedly, which leads to a low efficiency of the method. It should also be noted that when monitoring the saturation mode of a transistor switch as part of automatic systems, where the control current is generated automatically, according to an internal algorithm, using this method becomes difficult or even impossible. The method is convenient for laboratory research and experiments, but when monitoring the saturation mode of the transistor switch in the factory, where high performance is required, the method is not applicable.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение оперативности процесса контроля. The technical result of the present invention is to increase the efficiency of the control process.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля режима насыщения транзисторного ключа, основанном на подаче и регулировании токов от источников питания силовой цепи и цепи управления транзисторного ключа, определении соотношения токов и сравнении полученного результата с опорной величиной, в отличие от известного, в цепь управления, наряду с подачей постоянного тока, производят регулируемую подачу переменного тока с амплитудой, не превышающей уровень постоянного тока, производят измерение отношения переменных составляющих токов в цепи управления и силовой цепи в контролируемом диапазоне токов силовой цепи транзисторного ключа, сравнивают с опорной величиной, равной отношению напряжений источников питания в силовой цепи и цепи управления, и по полученному результату судят об обеспечении режима насыщения. The specified technical result is achieved by the fact that in the method of controlling the saturation mode of the transistor switch, based on the supply and regulation of currents from power sources of the power circuit and the control circuit of the transistor switch, determining the ratio of currents and comparing the result with a reference value, in contrast to the known circuit control, along with the supply of direct current, produce controlled supply of alternating current with an amplitude not exceeding the level of direct current, measure the ratio of the variable components of current in the control circuit and the power circuit in the controlled current range of the transistor switch of the main circuit is compared with a reference value, equal to the ratio of sources of voltage in the power supply and control circuits, and the result obtained by judging the security saturation regime.

На чертеже приведена электрическая схема установки, реализующая предложенный способ. Для сравнения с прототипом приведена схема установки, также предназначенной для проведения измерений вручную. The drawing shows an electrical diagram of the installation that implements the proposed method. For comparison with the prototype, a setup diagram is also provided for manual measurements.

На чертеже обозначены:
1 - источник питания цепи управления,
2 - диод,
3 - регулятор (резистор), обеспечивающий регулирование тока в цепи управления транзисторным ключом,
4 - транзистор,
5 - датчик суммы токов силовой цепи и цепи управления,
6 - электрическая нагрузка транзисторного ключа,
7 - амперметр для измерения тока, потребляемого от источника 7 в цепи нагрузки,
8 - источник питания силовой цепи,
9 - конденсатор,
10 - резистор,
11 - переменный резистор,
12 - источник переменного напряжения с высоким выходным сопротивлением,
13 - датчик переменного тока в цепи управления,
14 - конденсатор,
15 - конденсатор,
16 - операционный усилитель (компаратор),
17 - вольтметр.
In the drawing are indicated:
1 - power supply control circuit,
2 - diode,
3 - controller (resistor), providing current control in the control circuit of the transistor switch,
4 - transistor,
5 - sensor sum of the currents of the power circuit and the control circuit,
6 - electric load of the transistor switch,
7 - ammeter for measuring the current consumed from source 7 in the load circuit,
8 - power supply circuit
9 - capacitor
10 - resistor
11 - variable resistor,
12 - source of alternating voltage with high output resistance,
13 - AC sensor in the control circuit,
14 - capacitor
15 is a capacitor
16 - operational amplifier (comparator),
17 - voltmeter.

Транзисторный ключ состоит из последовательно соединенных по контуру управления следующих элементов: источника питания цепи управления 1, диода 2, регулятора 3 (переменного резистора), обеспечивающего регулирование тока в цепи управления транзисторным ключом, силового транзистора 4 и датчика тока в силовой цепи 5. На чертеже указанные элементы обведены пунктирной линией. The transistor switch consists of the following elements connected in series along the control circuit: power supply of control circuit 1, diode 2, regulator 3 (variable resistor), which provides current control in the control circuit of the transistor switch, power transistor 4 and current sensor in power circuit 5. In the drawing these elements are circled by a dotted line.

Силовая цепь транзисторного ключа (транзистор 4 и датчик тока 5) включена в контур тока нагрузки, где последовательно включены: нагрузка транзисторного ключа 6, амперметр 7, источник питания силовой цепи 8. The power circuit of the transistor switch (transistor 4 and current sensor 5) is included in the load current circuit, where the following are connected in series: load of the transistor switch 6, ammeter 7, power supply of the power circuit 8.

Цепь формирования переменного напряжения собрана на последовательно соединенных: датчике тока 13, генераторе переменного напряжения 12, параллельно соединенных резисторах 10 и 11, конденсаторе 9. Выход датчика переменного тока цепи управления 13 через конденсатор 15 соединен с одним входом операционного усилителя, а выход датчика суммы токов силовой цепи и цепи управления соединен с другим входом операционного усилителя 16. Выход операционного усилителя 16 через вольтметр 17 соединен с выходом генератора 12. The AC voltage generating circuit is assembled on a series-connected: current sensor 13, alternating voltage generator 12, resistors 10 and 11 connected in parallel, a capacitor 9. The output of the AC sensor of the control circuit 13 through a capacitor 15 is connected to one input of the operational amplifier, and the output of the current sum sensor the power circuit and the control circuit is connected to another input of the operational amplifier 16. The output of the operational amplifier 16 through a voltmeter 17 is connected to the output of the generator 12.

Схема, приведенная на чертеже, в целях ее упрощения не содержит ряд второстепенных элементов, которые не имеют отношения к объяснению принципов работы способа, например, источники питания операционного усилителя, различные элементы, корректирующие работу операционного усилителя, различные фильтры в цепях источников питания. Элементы, необходимые для обеспечения устойчивой работы компаратора на операционном усилителе, и схемы их подключения приведены в соответствующей справочной литературе по применяемым типам микросхем. The scheme shown in the drawing, in order to simplify it, does not contain a number of secondary elements that are not related to explaining the principles of the method, for example, operational amplifier power supplies, various elements that correct the operation of the operational amplifier, various filters in the power supply circuits. Elements necessary for ensuring the stable operation of the comparator on an operational amplifier, and their connection schemes are given in the corresponding reference literature on the types of microcircuits used.

Контроль режима насыщения транзисторного ключа производится следующим образом. От источника напряжения 1 с величиной напряжения E1, через диод 2 и регулятор (переменный резистор 3) подается ток в цепь управления транзистора 4. Величина тока регулируется резистором 3. (Величина тока управления определяется внутренней схемой транзисторного ключа и регулируется по внутренним алгоритмам управления транзисторного ключа. На чертеже регулятор тока управления показан схематично в виде регулируемого сопротивления 3. Оператор, который производит контроль, не вмешивается в процесс формирования тока управления. Ток, потребляемый от источника питания силовой цепи 8 с величиной напряжения E2, при протекании которого и производится контроль режима насыщения транзисторного ключа, задается выбором номинала резистора 6 и контролируется амперметром 7. Резистор 5 является датчиком тока в силовой цепи транзисторного ключа. Monitoring the saturation mode of the transistor switch is as follows. From the voltage source 1 with a voltage value of E1, a current is supplied to the control circuit of transistor 4 through a diode 2 and a regulator (variable resistor 3). The current value is regulated by a resistor 3. (The control current value is determined by the internal circuit of the transistor switch and is regulated by the internal control algorithms of the transistor switch In the drawing, the control current regulator is shown schematically in the form of an adjustable resistance 3. The operator who performs the control does not interfere with the formation of the control current. d from the power source of the power circuit 8 with a voltage value of E2, during the flow of which the saturation mode of the transistor switch is controlled, is set by choosing the value of the resistor 6 and is controlled by ammeter 7. Resistor 5 is a current sensor in the power circuit of the transistor switch.

Источник переменного напряжения 12 обеспечивает подачу в цепь управления транзисторного ключа переменного тока в 100 и более раз меньше величины тока, потребляемого от источника 1. Необходимо отметить, что, например, увеличение размаха колебаний переменного тока более амплитуды подаваемого в цепь управления постоянного тока от источника 1 может вызывать запирание транзисторного ключа в некоторые моменты времени, что приводит не только к невозможности осуществления контроля, но и нарушению нормальной работы транзисторного ключа. Кроме того, увеличение амплитуды тока, потребляемого от источника переменного напряжения 12, приводит к соответствующему увеличению электропотребления от этого источника, возникновению высокого уровня помех в цепи нагрузки транзисторного ключа. Нижний предел амплитуды подаваемого переменного тока определяется уровнем шумов транзистора, на фоне которых еще возможно осуществить надежное выделение переменной составляющей. The source of alternating voltage 12 provides the supply to the control circuit of the transistor switch of an alternating current 100 times or less than the amount of current consumed from source 1. It should be noted that, for example, an increase in the amplitude of oscillations of alternating current more than the amplitude supplied to the control circuit of direct current from source 1 can cause the transistor switch to lock at some points in time, which leads not only to the impossibility of monitoring, but also to disrupt the normal operation of the transistor switch. In addition, the increase in the amplitude of the current consumed from the AC voltage source 12, leads to a corresponding increase in power consumption from this source, the appearance of a high level of interference in the load circuit of the transistor switch. The lower limit of the amplitude of the supplied alternating current is determined by the noise level of the transistor, against which it is still possible to reliably isolate the variable component.

Грубое регулирование величины переменного тока, подаваемого в цепь управления транзисторного ключа, осуществляется параллельно соединенными резисторами 10 и 11. Дальнейшее регулирование переменной составляющей тока управления в процессе проведения контроля осуществляется регулятором 3. Закон управления, который выполняется регулятором 3, в данном случае, не имеет существенного значения, поскольку он будет оказывать влияние как на переменную, так и на постоянную составляющую тока управления. Coarse regulation of the magnitude of the alternating current supplied to the control circuit of the transistor switch is carried out in parallel by connected resistors 10 and 11. Further regulation of the variable component of the control current during the monitoring is carried out by regulator 3. The control law, which is executed by regulator 3, in this case, does not have significant values, since it will affect both the variable and the constant component of the control current.

В самом общем случае роль регулятора тока управления 3 в транзисторном ключе могут выполнять регуляторы тока различных типов, выполняющие функцию регулирования тока управления по току нагрузки в силовой цепи транзисторного ключа, например, по падению напряжения на силовых электродах транзисторного ключа или основанные на ином принципе. Контроль обеспечения режима насыщения транзисторного ключа сводится к подтверждению того, что во всем требуемом диапазоне токов нагрузки транзисторного ключа обеспечивается необходимое насыщение последнего. In the most general case, the role of the control current regulator 3 in the transistor key can be performed by various types of current regulators that perform the function of regulating the control current by the load current in the power circuit of the transistor switch, for example, by the voltage drop across the power electrodes of the transistor switch or based on a different principle. Monitoring of the saturation mode of the transistor switch is reduced to confirming that the necessary saturation of the latter is provided in the entire required range of load currents of the transistor switch.

Таким образом, в цепь управления, наряду с подачей постоянного тока производят регулируемую подачу переменного тока с амплитудой, не превышающей уровень постоянного тока. Thus, in the control circuit, in addition to supplying direct current, an adjustable supply of alternating current is produced with an amplitude not exceeding the level of direct current.

Операционный усилитель 16 сравнивает переменные составляющие напряжений, наводимые токами в цепи управления и силовой цепи на резисторах 13 и 5. Конденсаторы 14 и 15 служат в качестве фильтра для переменных составляющих напряжений. The operational amplifier 16 compares the alternating voltage components induced by the currents in the control circuit and the power circuit on the resistors 13 and 5. The capacitors 14 and 15 serve as a filter for the alternating voltage components.

Резистором 6 обеспечивают установку требуемого тока нагрузки, при котором необходимо контролировать режим насыщения транзисторного ключа. В общем случае, в качестве резистора 6 может быть использован нагрузочный реостат, позволяющий изменять ток нагрузки в заданных пределах, что обеспечивает проведение контроля не только при фиксированной нагрузке транзисторного ключа, как в случае использования постоянного проволочного резистора, но и во всем диапазоне допустимых токовых нагрузок транзисторного ключа. The resistor 6 provide the installation of the required load current, at which it is necessary to control the saturation mode of the transistor switch. In the general case, a load rheostat can be used as resistor 6, which allows changing the load current within specified limits, which ensures monitoring not only at a fixed load of the transistor switch, as in the case of using a constant wire resistor, but also in the entire range of permissible current loads transistor key.

Контроль режима насыщения транзисторного ключа производится следующим образом. Силовую цепь транзисторного ключа через нагрузку 6, амперметр 7 подсоединяют с источником напряжения 8 в соответствии с чертежом. B цепь управления транзисторного ключа производят подачу переменного тока с амплитудой меньше амплитуды постоянного тока. Первоначальная регулировка амплитуды переменного тока производится потенциометром 11 и постоянным резистором 10. При этом происходит смешивание токов от двух источников: источника напряжения 1 и источника переменного напряжения 12. Дальнейшее регулирование тока в цепи управления осуществляется внутренним регулятором тока транзисторного ключа. Увеличение или уменьшение постоянной составляющей тока приводит, соответственно, к синхронному регулированию и переменной составляющей тока. Monitoring the saturation mode of the transistor switch is as follows. The power circuit of the transistor switch through the load 6, the ammeter 7 is connected to a voltage source 8 in accordance with the drawing. In the control circuit of the transistor switch produce an alternating current with an amplitude less than the amplitude of the direct current. Initial adjustment of the amplitude of the alternating current is carried out by potentiometer 11 and a constant resistor 10. In this case, the currents from two sources are mixed: voltage source 1 and alternating voltage source 12. Further regulation of the current in the control circuit is carried out by the internal current regulator of the transistor switch. An increase or decrease in the DC component of the current leads, respectively, to synchronous regulation and the variable component of the current.

Переменные составляющие токов в цепи управления и силовой цепи транзисторного ключа вызывают соответствующие падения напряжения на датчиках тока 5 и 13. Конденсаторы 14 и 15 обеспечивают фильтрацию переменных составляющих напряжений, которые поступают на входы операционного усилителя 16 отдатчиков тока. The alternating components of the currents in the control circuit and the power circuit of the transistor switch cause corresponding voltage drops on the current sensors 5 and 13. Capacitors 14 and 15 filter the variable components of the voltages that are fed to the inputs of the operational amplifier 16 of the current detectors.

Момент перехода через точку оптимального насыщения контролируется вольтметром 17, что происходит, когда отношение переменных составляющих токов в силовой цепи и цепи управления равно отношению напряжений источников питания. В этом случае, если величина переменного напряжения, падающего на датчике тока в силовой цепи 5 больше величины переменного напряжения, падающего на датчике тока в цепи управления 13, то выходное напряжение операционного усилителя 16 будет иметь ту же фазу, что и напряжение генератора 12. Следовательно, напряжение, показываемое вольтметром 17, будет иметь минимальную величину, близкую к нулю. Если величина переменного напряжения, падающего на датчике тока в силовой цепи 5, меньше величины переменного напряжения, падающего на датчике тока в цепи управления 13, то выходное напряжение операционного усилителя 16 будет иметь фазу, противоположную фазе напряжения генератора 12. Следовательно, напряжение, показываемое вольтметром 17, будет иметь максимальную величину. При амплитуде напряжении генератора в диапазоне 0 - 10 В и выходном напряжении операционного усилителя ± 10 В, показания вольтметра будут составлять 0 и 20 В, соответственно, что достаточно для уверенного считывания показаний. The moment of transition through the optimum saturation point is controlled by a voltmeter 17, which occurs when the ratio of the alternating current components in the power circuit and the control circuit is equal to the ratio of the voltage of the power sources. In this case, if the magnitude of the alternating voltage incident on the current sensor in the power circuit 5 is greater than the magnitude of the alternating voltage incident on the current sensor in the control circuit 13, then the output voltage of the operational amplifier 16 will have the same phase as the voltage of the generator 12. Therefore , the voltage indicated by the voltmeter 17 will have a minimum value close to zero. If the magnitude of the alternating voltage incident on the current sensor in the power circuit 5 is less than the magnitude of the alternating voltage incident on the current sensor in the control circuit 13, then the output voltage of the operational amplifier 16 will have a phase opposite to that of the voltage of the generator 12. Therefore, the voltage indicated by the voltmeter 17 will have a maximum value. With the amplitude of the generator voltage in the range 0 - 10 V and the output voltage of the operational amplifier ± 10 V, the voltmeter readings will be 0 and 20 V, respectively, which is sufficient for reliable reading of the readings.

Изменяя резистором 6 ток в цепи нагрузки и контролируя показания вольтметра 17, можно контролировать режим насыщения транзисторного ключа во всем допустимом диапазоне нагрузки. By changing the resistor 6 current in the load circuit and controlling the readings of the voltmeter 17, it is possible to control the saturation mode of the transistor switch in the entire allowable load range.

Использование предлагаемого способа предполагает, что граница режима оптимального насыщения транзисторного ключа проходит через точку, где коэффициент усиления по мощности для транзисторного ключа становится равным единице. Если обозначить через Jу~ приращение тока управления, а через Jн~ соответствующее приращение тока нагрузки, вызываемое Jу~, то точка границы режима насыщения транзисторного ключа будет определяться соотношением E1 • Jу~ = E2 • Jн~, что соответствует режиму, где изменение величины мощности потребляемой по цепи управления приводит к равному приращению мощности в цепи нагрузки. Смещение рабочей точки транзисторного ключа путем увеличения тока управления приводит к переходу транзистора в ключевой режим, где увеличение тока управления не вызывает заметного увеличения тока в цепи нагрузки. Соответственно, смещение рабочей точки транзисторного ключа путем уменьшения тока управления вызывает переход транзистора в активный режим, где небольшое изменение тока управления приводит к значительным изменениям тока в цепи нагрузки.Using the proposed method assumes that the boundary of the optimal saturation mode of the transistor switch passes through the point where the power gain for the transistor switch becomes equal to one. If we denote by J y ~ the increment of the control current, and by J n ~ the corresponding increment of the load current caused by J y ~ , then the boundary point of the saturation mode of the transistor switch will be determined by the relation E1 • J y ~ = E2 • J n ~ , which corresponds to the mode where a change in the amount of power consumed by the control circuit leads to an equal increase in power in the load circuit. The shift of the operating point of the transistor switch by increasing the control current leads to the transition of the transistor to the key mode, where an increase in the control current does not cause a noticeable increase in the current in the load circuit. Accordingly, the shift of the operating point of the transistor switch by reducing the control current causes the transistor to go into active mode, where a small change in the control current leads to significant changes in the current in the load circuit.

Компаратор, выполненный на операционном усилителе 16, позволяет определить область, в которой работает транзисторный ключ (относительно границы режима оптимального насыщения транзисторного ключа). Настройка компаратора (путем подбора соотношения величин сопротивлений датчиков тока 5 и 13) производится исходя из того, чтобы срабатывание компаратора происходило при соотношении величин токов:
Jу~/Jн~=E2/E1, (1)
Обозначим E2/E1=k, тогда Jу~/Jн~=k.
The comparator made on the operational amplifier 16, allows you to determine the area in which the transistor switch operates (relative to the boundary of the optimal saturation mode of the transistor switch). Setting the comparator (by selecting the ratio of the resistance values of the current sensors 5 and 13) is based on the fact that the comparator is triggered when the ratio of current values:
J y ~ / J n ~ = E2 / E1, (1)
Denote E2 / E1 = k, then J y ~ / J n ~ = k.

Поскольку в данной схеме датчик тока 5 установлен в цепи эмиттера транзистора, на котором выполнен ключ, то переменное напряжение на этом датчике тока представляет собой сумму падений напряжений от токов нагрузки и тока управления. Since in this circuit the current sensor 5 is installed in the emitter circuit of the transistor on which the key is made, the alternating voltage on this current sensor is the sum of the voltage drops from the load currents and the control current.

Обозначим Jу~ + Jн~ = J5~, где J5~ - переменная составляющая тока, протекающего через датчик тока 5. В этом случае уравнение (1) преобразуется в Jу~/ (J5~ - Jу~) = k, откуда Jу~/J5~ = k/(k+1), т. e. при данном варианте схемы контроля выполнение условия (1) достигается путем настройки компаратора, сравнивающего переменные составляющие токов, протекающих через датчики тока 13 и 5 в соотношении k/(k+1), где k - отношение напряжений источников питания силовой цепи и цепи управления. Данная настройка уровня срабатывания компаратора может быть обеспечена путем выбора соответствующего соотношения величин сопротивлений датчиков тока 13 и 5.Denote J y ~ + J n ~ = J 5 ~ , where J 5 ~ is the variable component of the current flowing through the current sensor 5. In this case, equation (1) is converted to J y ~ / (J 5 ~ - J y ~ ) = k, whence J y ~ / J 5 ~ = k / (k + 1), i.e. in this version of the control circuit, the fulfillment of condition (1) is achieved by setting a comparator that compares the alternating components of the currents flowing through the current sensors 13 and 5 in the ratio k / (k + 1), where k is the ratio of the voltage of the power sources of the power circuit and the control circuit. This setting of the comparator response level can be achieved by selecting the appropriate ratio of the resistance values of the current sensors 13 and 5.

Результат контроля может быть определен исходя из показаний вольтметра 17. Если во всем диапазоне токов нагрузки транзисторного ключа, который устанавливается регулированием величины сопротивления нагрузки, выходное напряжение вольтметра имеет низкую выходную величину, то степень насыщения транзисторного ключа достаточна, поскольку Jу~/Jн~ > E2/E1. Процесс контроля может быть легко автоматизирован, поскольку для выявления факта недостаточности насыщения транзисторного ключа достаточно выявить лишь наличие высокого уровня напряжения на выходе компаратора во всем диапазоне токов нагрузки транзисторного ключа или каком-либо участке этого диапазона.The control result can be determined on the basis of voltmeter 17. If the output voltage of the voltmeter has a low output value over the entire range of load currents of the transistor switch, which is set by adjusting the load resistance, then the saturation degree of the transistor switch is sufficient, since J y ~ / J n ~ > E2 / E1. The control process can be easily automated, because to detect the fact that the transistor switch is not saturated enough, it is enough to reveal only the presence of a high voltage level at the output of the comparator in the entire range of load currents of the transistor switch or in any part of this range.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает более высокую оперативность процесса контроля по сравнению с прототипом, поскольку вместо большого количества операций (измерение тока и напряжения цепи управления транзистора, определение мощности, рассеиваемой во входной цепи транзистора, измерение тока и напряжения в силовой цепи транзистора, определение мощности, рассеиваемой в силовой цепи транзистора, сложение величин этих мощностей и регулирование тока, подаваемого в цепь управления, до величины, когда указанная сумма мощностей будет иметь минимальное значение, что требует многократного проведения измерения и запоминания результатов) используется меньшее количество более простых операций (подача и регулировка переменного тока в цепи управления и сравнение соотношения переменных составляющих тока в цепи управления и цепи нагрузки с опорной величиной, заранее заданной). Эта особенность позволяет обеспечить контроль силовых транзисторных ключей в процессе их производства в реальном масштабе времени, в отличие от имеющегося способа. Простота реализации операций способа и их последовательности позволяет автоматизировать процесс контроля, обеспечивая контроль транзисторных ключей в процессе их производства. Thus, the proposed method provides a higher efficiency of the control process compared to the prototype, because instead of a large number of operations (measuring the current and voltage of the transistor control circuit, determining the power dissipated in the input circuit of the transistor, measuring the current and voltage in the power circuit of the transistor, determining the power dissipated in the power circuit of the transistor, the addition of the values of these powers and the regulation of the current supplied to the control circuit to the value when the specified sum of powers udet have a minimum value that requires multiple measurements and memorizing the results) using a minimal number of simple operations (flow and adjusting the AC control circuit and comparing the ratio of the variable components of the current in the control circuit and load circuit with a reference value, predetermined). This feature allows you to provide control of power transistor switches in the process of their production in real time, in contrast to the existing method. The simplicity of the method operations and their sequence allows you to automate the control process, providing control of transistor switches in the process of their production.

Кроме того, упрощение аппаратурной реализации способа позволяет снизить затраты на аппаратуру измерения, сократить затраты на наладку и обслуживание аппаратуры, требует менее квалифицированного персонала. In addition, the simplification of the hardware implementation of the method allows to reduce the cost of measuring equipment, reduce the cost of commissioning and maintenance of equipment, requires less qualified personnel.

Claims (1)

Способ контроля режима насыщения транзисторного ключа, основанный на подаче и регулировании токов от источников питания силовой цепи и цепи управления транзисторного ключа, определения соотношения токов, и сравнения полученного результата с опорной величиной, отличающийся тем, что в цепь управления, наряду с подачей постоянного тока, производят регулируемую подачу переменного тока с амплитудой, не превышающей уровень постоянного тока, производят измерение отношения переменных составляющих токов в цепи управления и силовой цепи в контролируемом диапазоне токов силовой цепи транзисторного ключа, сравнивают с опорной величиной, равной отношению напряжений источников питания в силовой цепи и цепи управления, и по полученному результату судят об обеспечении режима насыщения. A method for monitoring the saturation mode of a transistor switch, based on the supply and regulation of currents from power sources of the power circuit and the control circuit of the transistor switch, determining the ratio of currents, and comparing the result with a reference value, characterized in that the control circuit, in addition to supplying direct current, produce a controlled supply of alternating current with an amplitude not exceeding the level of direct current; measure the ratio of the alternating components of the currents in the control circuit and the power circuit in roliruemom current range of the transistor switch of the main circuit is compared with a reference value, equal to the ratio of sources of voltage in the power supply and control circuits, and the result obtained by judging the security saturation regime.
RU99105907A 1999-03-26 1999-03-26 Method for controlling saturation of transistor gate RU2156997C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105907A RU2156997C1 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Method for controlling saturation of transistor gate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105907A RU2156997C1 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Method for controlling saturation of transistor gate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2156997C1 true RU2156997C1 (en) 2000-09-27

Family

ID=20217531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99105907A RU2156997C1 (en) 1999-03-26 1999-03-26 Method for controlling saturation of transistor gate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2156997C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВЕДЕНЕЕВ Г.М. и др. Коэффициент передачи тока транзистора в режиме насыщения в Сб. статей под ред. Ю.И. Конева, ЭТ в А. - М.: Радио и связь, 1984, с.204, рис.4. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4375662A (en) Method of and apparatus for enabling output power of solar panel to be maximized
DE112006000973B4 (en) Gas sensor arrangement with catalytic element
US5220495A (en) Arrangement and method for accurately sensing voltage of a high-impedance source and supplying power to a variable burden
US4728881A (en) Circuit for providing a controlled resistance
US4099238A (en) Apparatus for determining a magnetic field
EP0030980B1 (en) Stabilized dc power source
US8628240B2 (en) Temperature measurement using a diode with saturation current cancellation
RU2156997C1 (en) Method for controlling saturation of transistor gate
KR100276791B1 (en) Power generation circuit of solar cell
SU993365A1 (en) Device for measuring internal resistance of electrochemical current source
RU193942U1 (en) PRECISION POWER SOURCE WITH AUTOMATIC ADJUSTMENT OF THE OPERATING MODE OF A SUPERCONDUCTING THERAHZ DETECTOR
RU2006903C1 (en) Temperature regulator
EP0067686A2 (en) Power supply device for atomizer used in atomic absorptiometer
DE2801347C3 (en) Circuit arrangement for compensating the influence of temperature fluctuations on the output signal of an optical semiconductor radiation detector
SU690462A1 (en) Dc voltage power supply source
Kranjec et al. Design of a self-controlled solid-state voltage reference source
Visconti et al. Experimental setup for calibration and optimized operation of Maximum Power Point Tracker applied to an innovative under-test photovoltaic system
KR940007690Y1 (en) Control circuit of humidity sensor
SU600641A1 (en) Device for measuring internal impedance of electrochemical current source
Bhattacharya et al. Simple automatic current/voltage characteristics plotter for solar cells and arrays
US20210025928A1 (en) Method and device for measuring resistance of resistive sensor
SU824158A1 (en) Device for regulating chromatographic analyzer temperature
Vanschoiack High impedance measuring apparatus Patent
Crisp Establishing AC voltage traceability at frequencies below 10 Hz
SU1150559A2 (en) Ac voltage generator output voltage checking device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090327