RU2290737C1 - Method for controlling semiconductor switch - Google Patents

Method for controlling semiconductor switch Download PDF

Info

Publication number
RU2290737C1
RU2290737C1 RU2005116194/28A RU2005116194A RU2290737C1 RU 2290737 C1 RU2290737 C1 RU 2290737C1 RU 2005116194/28 A RU2005116194/28 A RU 2005116194/28A RU 2005116194 A RU2005116194 A RU 2005116194A RU 2290737 C1 RU2290737 C1 RU 2290737C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
semiconductor switch
semiconductor
input
threshold level
Prior art date
Application number
RU2005116194/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Эдуардович Горохов-Мирошников (RU)
Евгений Эдуардович Горохов-Мирошников
Original Assignee
Евгений Эдуардович Горохов-Мирошников
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 Евгений Эдуардович Горохов-Мирошников filed Critical Евгений Эдуардович Горохов-Мирошников
Priority to RU2005116194/28A priority Critical patent/RU2290737C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2290737C1 publication Critical patent/RU2290737C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

FIELD: semiconductor engineering; generating pulsed or continuous-wave control signal by semiconductor switch isolated from input control circuit.
SUBSTANCE: proposed method includes conversion of input-section supply voltage into current pulses through input section of coupling transformer, current pulse amplitude being limited by controlling pulse length and repetition rate, as well as discrimination of semiconductor-switch sawtooth control signal across coupling-transformer output section. To this end rise time of current pulse amplitude is set through output section of coupling transformer to desired level not to exceed critical value and in order to turn on or off semiconductor switch or to maintain it in on- or off-position voltage discriminated in one direction is checked upon expiration of desired time interval counted from moment of first threshold level of voltage across coupling transformer output section for its rising above second threshold level, first threshold voltage being set not to exceed threshold voltage of semiconductor switch and second threshold voltage, to be higher than minimal permissible control voltage for semiconductor switch; check results are used to regulate voltage in one direction discriminated across coupling-transformer output section in semiconductor switch control circuit.
EFFECT: enhanced reliability and stability of semiconductor switch control characteristics.
1 cl, 9 dwg, 4 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и предназначено для формирования импульсного или непрерывного сигнала управления полупроводниковым ключом, изолированного от входной схемы управления.The invention relates to a semiconductor technology and is intended to generate a pulsed or continuous control signal of a semiconductor key, isolated from the input control circuit.

Уровень техники.The level of technology.

Известно устройство, в котором передача сигнала управления и энергии для формирования управляющего сигнала полупроводникового ключа обеспечивается через единый элемент гальванической развязки - трансформатор связи. Устройство содержит входной преобразователь, трансформатор связи, детектор на полевых транзисторах.A device is known in which the transmission of a control signal and energy for generating a control signal of a semiconductor key is provided through a single galvanic isolation element - a communication transformer. The device comprises an input converter, a communication transformer, a field-effect transistor detector.

Устройство, реализуемое на основе предложенного способа, обеспечивает возможность существенного увеличения напряжения изоляции. Устройство не требует дополнительного изолированного источника питания в цепи управления полупроводникового ключа, что дает существенные преимущества перед аналогичными системами с использованием таких источников питания (Каталог INTERNATIONAL RECTIFAIER, 2003 г., Р.WOOD, AN-950, статья «Драйвер на МОП-ПТ с трансформаторной развязкой обеспечивает большие значения скважности»).A device implemented on the basis of the proposed method provides the possibility of a significant increase in insulation voltage. The device does not require an additional isolated power source in the control circuit of the semiconductor key, which gives significant advantages over similar systems using such power sources (INTERNATIONAL RECTIFAIER catalog, 2003, P.WOOD, AN-950, article “MOSFET driver with transformer isolation provides high values of duty cycle ").

Недостаток способа управления: низкая электромагнитная устойчивость, когда силовой ключ находится в выключенном состоянии, и отсутствие возможности формировать сигналы управления большой длительности.The disadvantage of the control method: low electromagnetic stability when the power switch is off, and the inability to generate control signals of long duration.

Известны способы кодирования и декодирования информации, для того чтобы передать и воспроизвести изолированный цифровой сигнал.Known methods of encoding and decoding information in order to transmit and reproduce an isolated digital signal.

Входной сигнал проходит через схему, которая дифференцирует фронты входного сигнала и управляет входными катушками соответствующего трансформатора сигналами «установить высокий уровень» или «установить низкий уровень». Выходные катушки соответствующих трансформаторов восстанавливают сигналы «установить высокий уровень» или «установить низкий уровень». Схема приемника восстанавливает исходную форму сигнала, при этом внутренняя схема опроса анализирует входной сигнал с заданной периодичностью и передает собственный сигнал «установить высокий уровень» или «установить низкий уровень» на случай сбоя устройства. Время восстановления системы определяется периодом работы внутренней схемы опроса.The input signal passes through a circuit that differentiates the edges of the input signal and controls the input coils of the corresponding transformer with “set high” or “set low” signals. The output coils of the respective transformers restore the “set high” or “set low” signals. The receiver circuit restores the original waveform, while the internal polling circuit analyzes the input signal at a predetermined frequency and transmits its own signal to "set high level" or "set low level" in case of a device failure. The system recovery time is determined by the period of operation of the internal polling scheme.

Электромагнитная устойчивость обеспечивается шунтированием дополнительными ключами входных катушек трансформаторов в заданные интервалы времени согласно логике работы схемы и за счет относительно высокого уровня сигналов перехода «установить высокий уровень» или «установить низкий уровень», работы внутренней схемы опроса и анализа результата кругооборота сигнала через изоляционный барьер (US Patent №005952849, 14.09.1999, LOGIC ISOLATOR WITH TRANSIENT IMMUNITY; US Patent №00626600 В1, 17.07.2001, ISOLATOR FOR TRANSMITING LOGIC SIGNALS ACROSS AN ISOLATION BARRIER; US Patent №6525566 B2, 25.02.2003, ISOLATOR FOR TRANSMITING LOGIC SIGNALS ACROSS AN ISOLATION BARRIER).Electromagnetic stability is ensured by shunting additional transformer input coils at specified time intervals according to the logic of the circuit and due to the relatively high level of the transition signals “set high” or “set low”, the operation of the internal interrogation circuit and analysis of the result of the signal circuit through the isolation barrier ( US Pat. ACR OSS AN ISOLATION BARRIER).

Описанные выше способы изоляции сигнала управления требуют наличия изолированных источников питания на входе и выходе и по два трансформатора для передачи соответствующих логических уровней.The methods of isolating the control signal described above require the presence of isolated power sources at the input and output and two transformers each to transmit the corresponding logical levels.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый автором за прототип является способ управления, реализуемый полупроводниковым устройством, содержащим активный токовый ограничитель на основе аналого-импульсного преобразователя, изолирующий элемент связи и полупроводниковый ключ. Способ, реализуемый в этом устройстве, предусматривает за счет ограничения длительности импульсов через входную секцию элемента связи и изменения их частоты следования ограничение амплитуды импульсов тока на регулируемом пороговым элементом уровне (Патент РФ на изобретение №2206147 от 10.06.2003 г. «Входное устройство полупроводникового ключа»).The closest in technical essence and the achieved positive effect and adopted by the author for the prototype is a control method implemented by a semiconductor device containing an active current limiter based on an analog-pulse converter, an insulating communication element and a semiconductor key. The method implemented in this device provides, by limiting the duration of the pulses through the input section of the communication element and changing their repetition rate, limiting the amplitude of the current pulses at an adjustable threshold element level (RF Patent for the invention No. 2206147 of 06/10/2003, "Input device of a semiconductor key ").

Недостатком способа управления, реализованного в этом устройстве, является ограниченная устойчивость к внешним электромагнитным полям для элемента связи на основе электромагнитного эффекта, обеспечиваемая только амплитудной или частотной фильтрацией новообращенного сигнала в цепи управления полупроводникового ключа, а также возможность неполного включения или выключения полупроводникового ключа.The disadvantage of the control method implemented in this device is the limited resistance to external electromagnetic fields for the communication element based on the electromagnetic effect, provided only by amplitude or frequency filtering of the converted signal in the control circuit of the semiconductor key, as well as the possibility of incomplete switching on or off of the semiconductor key.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Цель, которая может быть достигнута с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности и стабильности характеристик управления полупроводниковым ключом.The goal that can be achieved using the present invention is to increase the reliability and stability of the control characteristics of the semiconductor key.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе управления полупроводниковым ключом, заключающемся в преобразовании напряжения питания входной секции в импульсы тока через входную секцию трансформатора связи с ограничением амплитуды импульсов тока и изменении их частоты следования, и выделении на выходной секции трансформатора связи новообращенного сигнала управления полупроводникового ключа, в отличие от аналогов и прототипа, задают время нарастания амплитуды импульсов тока через входную секцию трансформатора связи до установленного уровня амплитуды с длительностью, не превышающей критического значения. Для включения или выключения полупроводникового ключа, или поддержания его во включенном или выключенном состоянии, контролируют по истечении заданного интервала времени и отсчитываемого от момента достижения напряжения одного направления, выделенного с выходной секции трансформатора связи, первого порогового уровня, факт превышения выделенным напряжением одного направления второго порогового уровня. При этом первый пороговый уровень устанавливают не превышающим собственного порогового напряжения полупроводникового ключа, а второй пороговый уровень устанавливают превышающим собственное минимально допустимое напряжение управления полупроводникового ключа. По результатам контроля регулируют напряжение одного направления, выделенное со стороны выходной секции трансформатора связи в цепи управления полупроводникового ключа.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for controlling a semiconductor switch, which consists in converting the supply voltage of the input section to current pulses through the input section of the communication transformer with limiting the amplitude of the current pulses and changing their repetition rate, and isolating a semiconductor control signal convert to the output section of the transformer key, unlike analogs and prototypes, set the rise time of the amplitude of the current pulses through the input section of the transformer ligature to the set level amplitudes with a duration not exceeding the critical value. To turn the semiconductor switch on or off, or to keep it on or off, the first threshold level is monitored after the specified time interval and counts from the moment the voltage reaches one direction allocated from the output section of the communication transformer, the fact that the selected voltage exceeds one second direction exceeds the second threshold level level. In this case, the first threshold level is set to not exceed the intrinsic threshold voltage of the semiconductor key, and the second threshold level is set to exceed the intrinsic minimum allowable control voltage of the semiconductor key. According to the results of the control, the voltage of one direction isolated from the output section of the communication transformer in the control circuit of the semiconductor switch is regulated.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг.1 дан пример решения функциональной схемы полупроводникового устройства, реализующего изобретение.Figure 1 shows an example of solving a functional diagram of a semiconductor device that implements the invention.

На фиг.2 изображены временные диаграммы сигналов, поясняющие работу активного токового ограничителя 5 входной секции.Figure 2 shows a timing diagram of the signals explaining the operation of the active current limiter 5 of the input section.

На фиг.3 изображены временные диаграммы сигналов в основных узлах устройства на основе функциональной схемы фиг.1 при модуляции и демодуляции входного сигнала управления 26 и формировании новообращенного сигнала управления 33.Figure 3 shows the timing diagrams of the signals in the main nodes of the device based on the functional diagram of figure 1 when modulating and demodulating the input control signal 26 and the formation of a convert control signal 33.

На фиг.4 изображены временные диаграммы сигналов, поясняющие работу преобразователя формы сигналов управления 12 при низкой скорости нарастания напряжения на емкости 14.Figure 4 shows a timing diagram of the signals explaining the operation of the transducer waveforms of control 12 at a low slew rate of voltage across the capacitance 14.

На фиг.5 изображены временные диаграммы сигналов, поясняющие работу преобразователя формы сигналов управления 12 при высокой скорости нарастания напряжения на емкости 14.Figure 5 shows the timing diagrams of the signals explaining the operation of the transducer waveforms of control 12 at a high slew rate of voltage across the capacitance 14.

На фиг.6 изображены временные диаграммы напряжения 30 на емкости 14 и новообращенного сигнала управления 33 для уровня напряжения питания 25 входной секции 5, недостаточного для включения полупроводникового ключа 22.Figure 6 shows the timing diagram of the voltage 30 on the capacitance 14 and the convert control signal 33 for the voltage level 25 of the input section 5, insufficient to turn on the semiconductor switch 22.

На фиг.7 изображены временные диаграммы сигналов управления 26 на емкости 14 и новообращенного сигнала управления 33 в условиях высокочастотной электромагнитной помехи.Figure 7 shows the timing diagrams of the control signals 26 on the capacitance 14 and the convert control signal 33 in conditions of high-frequency electromagnetic interference.

На фиг.8 дан пример решения функциональной схемы блока анализа 16 полупроводникового устройства, реализующего изобретение.On Fig given an example of a solution to the functional block circuit analysis 16 of a semiconductor device that implements the invention.

На фиг.9 дан пример включения полупроводникового ключа 22 для управления тиристором 41.Figure 9 shows an example of the inclusion of a semiconductor switch 22 for controlling the thyristor 41.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Примеры конкретных воплощений способа управления полупроводниковым ключом.Examples of specific embodiments of a semiconductor key control method.

Пример 1. Входной логический сигнал преобразуется в последовательность импульсов тока через входную секцию трансформатора связи с ограниченной минимальной частотой следования с помощью активного токового ограничителя, обеспечивающего аналого-импульсное преобразование логического сигнала. Амплитуда импульсов тока непрерывно сравнивается с задаваемым уровнем ограничения амплитуды тока, при этом уровень ограничения амплитуды тока и частота импульсов изменяются в соответствии с заданной зависимостью от напряжения питания входной секции. При превышении заданного уровня ограничения амплитуды тока импульс тока прерывается на время, определяемое периодом следования импульсов. Тем самым ограничивается энергия, затрачиваемая на преобразование, и гарантируется работа трансформатора связи в заданном гистерезисном цикле в широком диапазоне изменения напряжения питания и характеристик самого трансформатора связи. Новообращенный сигнал снимается с выходной секции и выпрямляется, с помощью емкостного фильтра выделяется его постоянная составляющая, которая подвергается амплитудной фильтрации. Все перечисленные преобразования, управляемые входным логическим сигналом, дают преимущества, так как в результате всех вышеописанных действий в цепь управления полупроводникового ключа подается напряжение одного направления, неограниченной характеристиками трансформатора связи длительности и превышающее минимально допустимое напряжение управления полупроводникового ключа. Если амплитуда новообращенного сигнала управления недостаточна для полного включения полупроводникового ключа, то в цепи управления полупроводникового ключа устанавливается напряжение, не превышающее порогового напряжения полупроводникового ключа, определяемого уровнем амплитудной фильтрации. Если полупроводниковый ключ находится в выключенном состоянии, логический сигнал на входе соответствует состоянию «выключено», а на полупроводниковый ключ воздействует переходное напряжение с высокой скоростью нарастания напряжения, то в цепи управления полупроводникового ключа формируется коммутационное напряжение помехи, которое, начиная с определенного уровня, будет подавляться амплитудным фильтром.Example 1. The input logical signal is converted into a sequence of current pulses through the input section of the communication transformer with a limited minimum repetition rate using an active current limiter that provides analog-to-pulse conversion of the logical signal. The amplitude of the current pulses is continuously compared with the set level of the current amplitude limitation, while the current amplitude limitation level and the pulse frequency are changed in accordance with a predetermined dependence on the supply voltage of the input section. If the current amplitude limit is exceeded, the current pulse is interrupted for a time determined by the pulse repetition period. This limits the energy spent on conversion, and guarantees the operation of the communication transformer in a given hysteresis cycle in a wide range of changes in the supply voltage and characteristics of the communication transformer itself. The converted signal is removed from the output section and rectified, with the help of a capacitive filter, its constant component is extracted, which is subjected to amplitude filtering. All these transformations, controlled by the input logical signal, give advantages, since as a result of all the above actions, the voltage of one direction is supplied to the control circuit of the semiconductor key, unlimited by the characteristics of the communication transformer of duration and exceeding the minimum allowable control voltage of the semiconductor key. If the amplitude of the convert control signal is not sufficient for the semiconductor switch to fully turn on, then the voltage that does not exceed the threshold voltage of the semiconductor switch, determined by the level of amplitude filtering, is set in the control circuit of the semiconductor switch. If the semiconductor key is in the off state, the logic signal at the input corresponds to the state “off”, and the semiconductor key is affected by a transient voltage with a high slew rate, then a noise switching voltage is generated in the control circuit of the semiconductor key, which, starting from a certain level, will suppressed by an amplitude filter.

Описанный способ управления имеет преимущества перед аналогами и прототипом, обеспечивает возможность четкого переключения и определенную электромагнитную и высокую коммутационную устойчивость полупроводникового ключа за счет амплитудной фильтрации новообращенного сигнала управления, а также возможность управления сигналами неограниченной длительности.The described control method has advantages over analogues and prototype, provides the ability to clearly switch and a certain electromagnetic and high switching stability of the semiconductor key due to the amplitude filtering of the converted control signal, as well as the ability to control signals of unlimited duration.

Кроме того, способ может обеспечить высокое быстродействие всех необходимых преобразований, так как реализуется безинерционный алгоритм, когда выключение или включение всех элементов в ходе преобразований производится только за счет непрерывного сравнения. Быстродействие способа ограничивается только временем срабатывания транзисторов, используемых в схемах устройства.In addition, the method can provide high performance of all necessary transformations, since an inertial-free algorithm is implemented when all elements are turned off or on during transformations only by continuous comparison. The speed of the method is limited only by the response time of the transistors used in the circuits of the device.

Недостаток описанного способа управления заключается в возможности постепенного накопления сигнала от мощной электромагнитной помехи или от переходного напряжения на элементах емкостного фильтра до уровня, превышающего уровень порога амплитудной фильтрации, и, как следствие этого процесса, ошибочном срабатывании полупроводникового ключа. Другой недостаток описанного способа заключается в том, что при недостаточно высоком напряжении питания входной секции включение полупроводникового ключа может пройти с большой задержкой за счет процесса постепенного заряда емкостного фильтра до уровня порога амплитудной фильтрации.The disadvantage of the described control method is the possibility of a gradual accumulation of the signal from powerful electromagnetic interference or from the transient voltage on the capacitive filter elements to a level that exceeds the level of the amplitude filtering threshold, and, as a consequence of this process, an erroneous operation of the semiconductor key. Another disadvantage of the described method is that when the input section voltage is not high enough, the inclusion of a semiconductor switch can be delayed by the process of gradual charging of the capacitive filter to the level of the amplitude filtering threshold.

Пример 2. Входной сигнал, так же как и в примере 1, управляет работой активного ограничителя тока, который преобразует его в последовательность импульсов тока через входную секцию трансформатора связи. За счет изменения параметров импульса тока возможно существенное расширение диапазона изменения напряжения питания входной секцией при минимизации среднего потребляемого тока. Начиная с некоторого значения напряжения питания входной секции Uвх.пор, скорость нарастания импульсов тока превышает критическое значение:Example 2. The input signal, as in example 1, controls the operation of the active current limiter, which converts it into a sequence of current pulses through the input section of the communication transformer. By changing the parameters of the current pulse, it is possible to significantly expand the range of changes in the supply voltage of the input section while minimizing the average current consumption. Starting from a certain value of the supply voltage of the input section U input pores , the slew rate of current pulses exceeds a critical value:

Figure 00000002
Figure 00000002

Обеспечивают связь характеристик преобразования импульсов управления, изолированных друг от друга входной и выходной секций, и полупроводникового ключа:They provide a connection between the conversion characteristics of control pulses isolated from each other of the input and output sections and the semiconductor switch:

- устанавливают оптимальное соотношение между допустимой минимальной частотой импульсов тока через входную секцию трансформатора связи и интегрирующими характеристиками выходной секции;- establish the optimal ratio between the permissible minimum frequency of current pulses through the input section of the communication transformer and the integrating characteristics of the output section;

- интервал времени tнар, отсчитываемый от момента достижения выделенным напряжением выходной секции первого порогового уровня, устанавливают соответствующим критической скорости нарастания амплитуды тока

Figure 00000003
через входную секцию трансформатора связи при определенном минимальном напряжении питания входной секции Uвх.пор;- the time interval t drug counted from the moment the selected voltage reaches the output section of the first threshold level, set corresponding to the critical slew rate of the current amplitude
Figure 00000003
through the input section of the communication transformer at a certain minimum voltage of the input section U input pores ;

- первый пороговый уровень устанавливают не превышающим порогового напряжения полупроводникового ключа, но таким, при котором обеспечивается электропитание и работа элементов выходной секции;- the first threshold level is set not exceeding the threshold voltage of the semiconductor key, but such that it provides power and operation of the elements of the output section;

- второй пороговый уровень, с которым сравнивается амплитуда напряжения, выделенного с выходной секции трансформатора связи через заданный интервал времени, устанавливают превышающим минимально допустимое напряжение управления полупроводникового ключа- the second threshold level, which compares the amplitude of the voltage allocated from the output section of the communication transformer after a predetermined time interval, is set to exceed the minimum allowable control voltage of the semiconductor switch

- заданием амплитуды тока через первичную секцию трансформатора связи обеспечивают амплитуду выделенного напряжения со стороны выходной секции, превышающей второй пороговый уровень при определенном минимальном напряжении питания входной секции Uвх.пор.- by setting the amplitude of the current through the primary section of the communication transformer, the amplitude of the selected voltage from the output section exceeds the second threshold level at a certain minimum supply voltage U input p .

После чего устанавливают контроль за фактом превышения напряжением, выделенным с выходной секции трансформатора связи, второго порогового уровня за интервал времени tнар. Интервал времени отсчитывают от момента превышения напряжением первого порогового уровня. Если напряжение, выделенное с выходной секции трансформатора связи, превысило второй пороговый уровень, то оно подается в цепь управления полупроводникового ключа, если нет, то в цепи полупроводникового ключа устанавливается напряжение ниже первого порогового уровня.After that, control is established over the fact that the voltage allocated from the output section of the communication transformer exceeds the second threshold level for the time interval t nar . The time interval is counted from the moment the voltage exceeds the first threshold level. If the voltage allocated from the output section of the communication transformer has exceeded the second threshold level, then it is supplied to the control circuit of the semiconductor key, if not, then the voltage below the first threshold level is set in the circuit of the semiconductor key.

Таким образом, электрический сигнал, подаваемый на входную секцию, оптимизируется во входной секции для его эффективной передачи за изоляционный барьер, а за счет контроля амплитуды и формы выделенного напряжения и его преобразований в выходной секции он принимает форму, необходимую для выполнения функции прямого управления полупроводниковым ключом.Thus, the electric signal supplied to the input section is optimized in the input section for its efficient transmission beyond the insulation barrier, and by controlling the amplitude and shape of the selected voltage and its transformations in the output section, it takes the form necessary to perform the direct control function of the semiconductor key .

По сравнению с примером 1 способ в примере 2 при тех же затратах энергии на преобразование допускает существенное увеличение электромагнитной устойчивости полупроводникового ключа и устанавливает четкое пороговое напряжение питания входной секции Uвх.пор, при котором полупроводниковый ключ переключается. Недостатком способа является повышенное время задержки выключения полупроводникового ключа за счет времени разряда емкости интегрирующей цепи выходной секции до второго порогового уровня, после выключения сигнала управления полупроводниковым ключом со стороны входной секции.Compared with example 1, the method in example 2 for the same conversion energy costs allows a significant increase in the electromagnetic stability of the semiconductor switch and sets a clear threshold voltage for the input section U input pore at which the semiconductor switch switches. The disadvantage of this method is the increased delay time for turning off the semiconductor key due to the discharge time of the capacitance of the integrating circuit of the output section to the second threshold level, after turning off the control signal of the semiconductor key from the input section.

Пример 3. Преобразования входного сигнала во входной секции аналогичны преобразованиям в примере 2. Отличие от примера 2 заключается в том, что в выходной секции вместо использования ее интегрирующих характеристик для выделения постоянной составляющей новообращенного сигнала используют специальный таймер, формирующий дополнительный временной интервал. Сигнал о превышении амплитудой новообращенного импульсного сигнала управления второго порогового уровня за заданный интервал времени запускает таймер, дающий сигнал на включение полупроводникового ключа. Если после завершения дополнительного временного интервала на таймер не поступает очередной сигнал о превышении новообращенным импульсным сигналом второго порогового уровня, то формируется сигнал на выключение полупроводникового ключа. Дополнительный временной интервал должен превышать период следования импульсов тока через входную секцию трансформатора связи, а новообращенный сигнал одного направления должен колебаться от первого до второго порогового уровня. Минимально допустимое напряжение питания таймера должно быть ниже первого порогового уровня. По сравнению с примером 2 использование таймера уменьшает время задержки выключения полупроводникового ключа. Недостаток - усложнение выходной секции полупроводникового ключа и увеличение потерь на преобразование сигнала.Example 3. The transformations of the input signal in the input section are similar to the transformations in example 2. The difference from example 2 is that instead of using its integrating characteristics, the output section uses a special timer to form an additional component of the converting signal, which forms an additional time interval. The signal that the amplitude of the converted pulse control signal exceeds the second threshold level for a specified time interval starts the timer, which gives a signal to turn on the semiconductor key. If, after the completion of the additional time interval, the next signal does not arrive at the timer that the converted pulse signal has exceeded the second threshold level, a signal is generated to turn off the semiconductor key. The additional time interval must exceed the period of the current pulses through the input section of the communication transformer, and the converting signal of one direction should fluctuate from the first to the second threshold level. The minimum allowable timer supply voltage must be below the first threshold level. Compared to example 2, using a timer reduces the turn-off delay time of the semiconductor switch. The disadvantage is the complication of the output section of the semiconductor key and the increase in signal conversion losses.

Пример 4. При наличии входного сигнала управления включается первый активный ограничитель тока через входную секцию первого трансформатора связи. При отсутствии сигнала управления включается второй ограничитель тока через входную секцию второго трансформатора связи. Сигналы, снимаемые с выходных секций трансформаторов связи, преобразовываются аналогично преобразованиям, описанным в примере 2. Причем новообращенный сигнал, выделенный с первого трансформатора связи, включает полупроводниковый ключ, а новообращенный сигнал, выделенный со второго трансформатора связи, выключает полупроводниковый ключ с помощью дополнительного ключа.Example 4. If there is an input control signal, the first active current limiter is activated through the input section of the first communication transformer. In the absence of a control signal, a second current limiter is activated through the input section of the second communication transformer. The signals taken from the output sections of the communication transformers are converted similarly to the transformations described in Example 2. Moreover, the convert signal extracted from the first communication transformer includes a semiconductor key, and the convert signal extracted from the second communication transformer turns off the semiconductor key using an additional key.

Способ допускает и другие варианты, например введение дополнительных функций логической обработки новообращенного сигнала по состояниям дополнительных пороговых уровней или дополнительных новообращенных сигналов управления, но в отличие от примера 2, в остальных вариантах увеличиваются потери энергии на преобразование сигналов.The method allows for other options, for example, the introduction of additional functions for the logical processing of the convert signal according to the states of additional threshold levels or additional converts control signals, but unlike example 2, in other options, the energy loss for signal conversion increases.

Наделение функциями самоорганизации как входной, так и изолированной от нее выходной секции, а также связь между параметрами преобразования сигналов в изолированных секциях значительно повышает надежность управления полупроводниковым ключом и обеспечивает стабильность характеристик устройств, реализованных на основе предлагаемого способа управления.The endowment of the functions of self-organization of both the input section and the output section isolated from it, as well as the relationship between the signal conversion parameters in the isolated sections, significantly increases the reliability of the semiconductor switch control and ensures the stability of the characteristics of devices implemented on the basis of the proposed control method.

Пример реализации способа управления полупроводниковым ключом с помощью устройства.An example implementation of a method for controlling a semiconductor key using a device.

Реализуют способ управления полупроводниковым ключом с помощью полупроводникового устройства. Вариант функциональной схемы полупроводникового устройства для осуществления способа управления полупроводниковым ключом (согласно примеру 2) показан на фиг.1.A method for controlling a semiconductor key using a semiconductor device is implemented. An embodiment of a functional diagram of a semiconductor device for implementing a method for controlling a semiconductor key (according to Example 2) is shown in FIG.

Устройство содержит корпус 1, выводы для подключения напряжения питания входной секции 2, 3, дополнительный вывод логического управления 4, входную секцию 5 на основе активного ограничителя тока, выводы 6, 7 для подключения входной секции 8 трансформатора связи, выходной секции 9 трансформатора связи, выводов 10, 11 для подключения к выходной секции 9 трансформатора связи элементов выходной секции 12, образующих преобразователь формы сигнала управления. Выходная секция 12 содержит диод 13, подключенный одним выводом к выводу 10 выходной секции трансформатора связи, а вторым выводом к емкости 14 и контрольной точке 15, к этой же точке подключен блок анализа 16, первый токоограничивающий каскад 17 и один из выводов диода 18, параллельно которому подключен токоограничивающий каскад 17. Вторая точка соединения токоограничивающего каскада 17 и диода 18 подключена к первому выводу дополнительного полупроводникового ключа 19, контрольной точке 20, второму токоограничивающему каскаду 21 и выводу управления полупроводникового ключа 22. Выход блока анализа 16 подключен ко второму выводу дополнительного полупроводникового ключа 19. К выводам 23 и 24 полупроводникового ключа 22 подводится регулируемое напряжение, причем к выводу 24 также подключены: вывод 11 выходной секции трансформатора связи, второй вывод емкости 14, третий вывод блока анализа 16, третий вывод дополнительного полупроводникового ключа 19 и второй вывод второго токоограничивающего каскада 21.The device comprises a housing 1, terminals for connecting a supply voltage of an input section 2, 3, an additional logic control output 4, an input section 5 based on an active current limiter, terminals 6, 7 for connecting an input section 8 of a communication transformer, output section 9 of a communication transformer, terminals 10, 11 for connecting to the output section 9 a communication transformer of the elements of the output section 12, forming a control signal waveform converter. The output section 12 contains a diode 13 connected by one output to the output 10 of the output section of the communication transformer, and the second output to the capacitor 14 and the test point 15, the analysis unit 16, the first current-limiting cascade 17 and one of the outputs of the diode 18 are connected to the same point to which the current-limiting cascade 17 is connected. The second connection point of the current-limiting cascade 17 and the diode 18 is connected to the first output of the additional semiconductor switch 19, the test point 20, the second current-limiting cascade 21 and the control terminal the semiconductor key 22. The output of the analysis unit 16 is connected to the second terminal of the additional semiconductor key 19. An adjustable voltage is supplied to the terminals 23 and 24 of the semiconductor switch 22, and the following is also connected to terminal 24: terminal 11 of the output section of the communication transformer, second terminal of the capacitor 14, third terminal analysis unit 16, the third terminal of the additional semiconductor switch 19 and the second terminal of the second current-limiting stage 21.

Блок анализа 16 (фиг.8) содержит блок задержки 34, делитель напряжения на резисторах 35 и 36, источник опорного напряжения 37, компаратор напряжения 38, токоограничивающий резистор 39.The analysis unit 16 (Fig. 8) contains a delay unit 34, a voltage divider across resistors 35 and 36, a reference voltage source 37, a voltage comparator 38, and a current limiting resistor 39.

Устройство реализует способ управления следующим образом.The device implements a control method as follows.

В фазе включения полупроводникового ключа 22 напряжение питания входной секции 25 на шинах 2 и 3 преобразуют в последовательность импульсов тока 27 с ограниченной минимальной частотой следования, которые пропускают через входную секцию 8 трансформатора связи. При этом обеспечивают ограничение 28 амплитуды импульсов тока 27 за счет регулирования длительности импульсов тока на меняющемся в зависимости от напряжения питания 25 уровне ограничения 28. На фиг.2 показано, как при изменении напряжения питания входной секции 25 и наличии сигнала 26 на включение полупроводникового ключа 22 изменяются параметры импульсов тока 27 через входную секцию 8 трансформатора связи. При увеличении напряжения питания 25 увеличивается уровень ограничения амплитуды 27, увеличивается период следования и уменьшается длительность импульсов 27. Для формирования фазы включения скорость нарастания (

Figure 00000004
) импульсов тока 27 не должна быть меньше критического значения:In the turn-on phase of the semiconductor switch 22, the supply voltage of the input section 25 on the buses 2 and 3 is converted into a sequence of current pulses 27 with a limited minimum repetition rate, which are passed through the input section 8 of the communication transformer. At the same time, the amplitude of the current pulses 27 is limited by controlling the duration of the current pulses at the level of restriction 28, which varies depending on the supply voltage 25. Figure 2 shows how, when the supply voltage of the input section 25 changes and the signal 26 is turned on to turn on the semiconductor switch 22 the parameters of the current pulses 27 through the input section 8 of the communication transformer are changed. When the supply voltage 25 increases, the level of amplitude limitation 27 increases, the repetition period increases, and the pulse duration 27 decreases. For the formation of the on phase, the rise rate
Figure 00000004
) current pulses 27 should not be less than the critical value:

Figure 00000005
Figure 00000005

Из фиг.2 следует, что переход в фазу включения возможен, начиная с определенной амплитуды напряжения питания входной секции 5, которая определяет пороговое напряжение питания, при превышении которого полупроводниковый ключ 22 включится:From figure 2 it follows that the transition to the turn-on phase is possible, starting with a certain amplitude of the supply voltage of the input section 5, which determines the threshold supply voltage, above which the semiconductor switch 22 will turn on:

Uвх≥uвх.пор - зона включенияU Rin ≥u vh.por - enable zone

Uвх≤uвх.пор - зона выключения.U in ≤ u in.pore - off zone.

ПричемMoreover

Figure 00000006
Figure 00000006

где Lвх.секц - индуктивность входной секции при заданной длительности и амплитуде импульсов тока 27.where L I.section - inductance of the input section for a given duration and amplitude of the current pulses 27.

Для формирования фазы выключения полупроводникового ключа 22 логический сигнал 26 отключают и импульсы тока 27 прерываются.To form the shutdown phase of the semiconductor switch 22, the logical signal 26 is turned off and the current pulses 27 are interrupted.

На фиг.3 изображены временные диаграммы сигналов в основных узлах устройства на основе функциональной схемы фиг.1 при модуляции и демодуляции входного сигнала управления 26 и формировании новообращенного сигнала управления 33.Figure 3 shows the timing diagrams of the signals in the main nodes of the device based on the functional diagram of figure 1 when modulating and demodulating the input control signal 26 and the formation of a convert control signal 33.

Независимо от того, находится полупроводниковый ключ 22 в фазе включения или выключения, из переменного напряжения 29, вызванного изменением магнитного потока в витках секций 8 и 9, снимаемого с выходной секции 9, напряжение одного направления выделяется диодом 13 и поступает на емкость 14. Напряжение, которое может появиться в контрольной точке 20 со стороны полупроводникового ключа 22, вызванное коммутационными помехами, через диод 18 также поступает на емкость 14.Regardless of whether the semiconductor switch 22 is in the on or off phase, from an alternating voltage 29, caused by a change in the magnetic flux in the turns of sections 8 and 9, taken from the output section 9, the voltage of one direction is allocated by the diode 13 and applied to the capacitor 14. Voltage, which may appear at a test point 20 from the side of the semiconductor switch 22, caused by switching interference, through the diode 18 also enters the capacitance 14.

После превышения напряжения на емкости 14 первого порогового уровня 31, с заранее определенной задержкой tзад, начинается сравнение напряжения на емкости 14 с опорным уровнем (входит в состав блока анализа 16 и на фиг.1 не показан), задающим второй пороговый уровень 32 посредством блока анализа 16.After exceeding the voltage at the capacitance 14 of the first threshold level 31, with a predetermined delay t ass , the comparison of the voltage at the capacitance 14 with the reference level (included in the analysis unit 16 and not shown in FIG. 1), specifying the second threshold level 32 by means of the unit analysis 16.

Первый пороговый уровень 31 определяется минимальным напряжением, с которого начинает работать блок анализа 16 и не превышает пороговый уровень включения полупроводникового ключа 22.The first threshold level 31 is determined by the minimum voltage from which the analysis unit 16 starts to work and does not exceed the threshold level for switching on the semiconductor switch 22.

Второй пороговый уровень 32 определяется минимально допустимым напряжением управления полупроводникового ключа 22 и падением напряжения на первом токоограничивающем элементе 17 при выключенном состоянии ключа 19. Из фиг.3 следует, что минимальная задержка выключения сигнала 33 обеспечивается при напряжении в контрольной точке 15 на момент перехода в фазу выключения, равном или ниже второго порогового уровня 32.The second threshold level 32 is determined by the minimum allowable control voltage of the semiconductor switch 22 and the voltage drop on the first current-limiting element 17 when the key 19 is turned off. From figure 3 it follows that the minimum turn-off delay of the signal 33 is provided when the voltage at the test point 15 at the time of transition to the phase shutdown equal to or lower than the second threshold level 32.

При низкой скорости нарастания напряжения на емкости 14, при которой напряжение 30 в контрольной точке 15 не достигает через интервал задержки tзад второго порогового уровня 32, ключ 19, управляемый блоком анализа 16, шунтирует цепь управления в контрольной точке 20 (см. фиг.4).At low speed the voltage rise on the container 14, at which the voltage 30 at the control point 15 does not reach through the second delay interval t rear threshold level 32, the key 19, with the analyzing unit 16 shunts the control circuit at the reference point 20 (see FIG. 4 )

При высокой скорости нарастания напряжения на емкости 14 напряжение 30 в контрольной точке 15 достигает по завершении интервала tзад второго порогового уровня 32, ключ 19 остается разомкнутым и напряжение 30 подается через первый токоограничивающий элемент 17 в контрольную точку 20, где оно делится между первым токоограничивающим элементом 17 и вторым токоограничивающим элементом 21 (см. фиг.5). Нарастание напряжения tнар в контрольной точке 20 происходит с постоянной времени, определяемой сопротивлением первого токоограничивающего элемента 17 и входной емкостью полупроводникового ключа 22. После завершения фазы включения полупроводникового ключа 22 напряжение 30 начинает разряжаться через первый и второй токоограничивающие элементы 17 и 21. После снижения напряжения 30 ниже второго порогового уровня 32 блок анализа 16 включает дополнительный ключ 19, который шунтирует цепь управления полупроводникового ключа 22 в контрольной точке 20.At a high slew rate on the container 14 the voltage 30 at the control point 15 reaches at the end of interval t backside second threshold level 32, the key 19 remains open and the voltage 30 is fed through a first current limiting element 17 to the control point 20 where it is divided between the first current-limiting element 17 and the second current-limiting element 21 (see figure 5). The increase in voltage t bp at the test point 20 occurs with a time constant determined by the resistance of the first current-limiting element 17 and the input capacitance of the semiconductor switch 22. After the turn-on phase of the semiconductor switch 22 is completed, voltage 30 begins to discharge through the first and second current-limiting elements 17 and 21. After the voltage decreases 30 below the second threshold level 32, the analysis unit 16 includes an additional key 19, which shunts the control circuit of the semiconductor key 22 at a test point 20.

В зависимости от напряжения питания 25 на выводах 2 и 3 для подключения напряжения питания входной секции 5, изобретение может обеспечить состояние амплитуды напряжения в контрольной точке 20 либо выше второго порогового уровня 32, либо ниже первого порогового уровня 31. Такую возможность обеспечивают, например, выбором величины и соотношения между токоограничивающими элементами 17 и 21, а также временем задержки tзад таким образом, чтобы исключить возможность накопления напряжения 30 от импульса к импульсу, как это показано на фиг.6.Depending on the supply voltage 25 at terminals 2 and 3 for connecting the supply voltage to the input section 5, the invention can provide a voltage amplitude state at a test point 20 either above the second threshold level 32 or below the first threshold level 31. Such an opportunity is provided, for example, by selecting the magnitude and relationship between the current-limiting elements 17 and 21, as well as the delay time t ass so as to exclude the possibility of the accumulation of voltage 30 from pulse to pulse, as shown in Fig.6.

Из фиг.2 и фиг.6 следует, что при Uвх≤Uвх.пор, и следовательно, не обеспечивающего заданную скорость нарастания импульсов тока 27, напряжение в контрольной точке 20 не превышает первого порогового уровня 31 и полупроводниковый ключ 22 остается в выключенном состоянии.From figure 2 and figure 6 it follows that when U I ≤ U I p , and therefore, does not provide a given slew rate of current pulses 27, the voltage at the control point 20 does not exceed the first threshold level 31 and the semiconductor switch 22 remains off condition.

На фиг.7 изображены временные диаграммы сигналов управления 26 на емкости 14 и новообращенного сигнала управления 33 в условиях помехи с частотой, близкой к частоте тока входной секции.Figure 7 shows the timing diagrams of the control signals 26 on the capacitance 14 and the convert control signal 33 in the conditions of interference with a frequency close to the frequency of the current input section.

Новообращенный сигнал управления 33 полупроводникового ключа 22, превышающий второй пороговый уровень 32, формируется и поддерживается при достижении критической скорости изменения магнитного потока между секциями 8 и 9 трансформатора связи и амплитуде изменения магнитного потока, обеспечивающих формирование за заданный интервал времени задержки tзад заданной амплитуды напряжения на емкости:Convert control signal 33, semiconductor switch 22, exceeds a second threshold 32, is formed and maintained when the critical rate of change of magnetic flux between the sections 8 and 9 of the transformer connection and amplitude changes in the magnetic flux, ensuring the formation of a predetermined delay time interval t backside voltage of given amplitude in capacity:

Figure 00000007
Figure 00000007

иand

Figure 00000008
Figure 00000008

илиor

Figure 00000009
Figure 00000009

гдеWhere

Uc - амплитуда напряжения на емкости 14;Uc is the voltage amplitude at the capacitance 14;

Ucвкл min - напряжение на емкости 14, соответствующее второму пороговому уровню 32;Uc on min - voltage on the capacitance 14 corresponding to the second threshold level 32;

Figure 00000010
- критическая скорость нарастания напряжения на емкости 14;
Figure 00000010
- the critical slew rate of the capacitance 14;

Figure 00000011
- критическая скорость изменения магнитного потока.
Figure 00000011
- critical rate of change of magnetic flux.

При недостаточной скорости изменения магнитного потока через витки выходной секции 9 трансформатора связи и заданной амплитуде его изменения напряжение на емкости 14 мало и в цепи управления полупроводникового ключа устанавливается уровень напряжения ниже первого порогового уровня 31.If the rate of change of the magnetic flux through the turns of the output section 9 of the communication transformer is insufficient and the specified amplitude of its change, the voltage on the capacitance 14 is small and the voltage level below the first threshold level 31 is set in the control circuit of the semiconductor switch.

Напряжение на емкости 14 разряжают через первый токоограничивающий каскад 17 за время, не превышающее периода импульсов тока через входную секцию 8 трансформатора связи.The voltage at the capacitance 14 is discharged through the first current-limiting stage 17 for a time not exceeding the period of the current pulses through the input section 8 of the communication transformer.

Величину емкости 14 выбирают из условия ее заряда в фазе включения полупроводникового ключа 22 до уровня, превышающего второй пороговый уровень, за нормируемое время задержки tзад, при заданном минимально допустимом напряжении питания входной секции 5.The value of the capacitance 14 is selected from the condition of its charge in the turn-on phase of the semiconductor switch 22 to a level exceeding the second threshold level, for the normalized delay time t ass , for a given minimum allowable supply voltage of the input section 5.

Входной сигнал управления 26 полупроводниковым ключом 22 подают на входную секцию 5 в виде напряжения питания на выводах 2, 4 и/или в виде логического сигнала управления на выводы 4, 3 и обеспечивают с его помощью следующие преобразования:The input control signal 26 of the semiconductor key 22 is supplied to the input section 5 in the form of a supply voltage at the terminals 2, 4 and / or in the form of a logical control signal to the terminals 4, 3 and provide with its help the following transformations:

- преобразуют сигнал управления 26 в последовательность импульсов тока 27 через входную секцию 8 трансформатора связи, длительность последовательности импульсов тока 27 определяется длительностью сигнала управления 26, минимальную частоту внутреннего аналого-импульсного преобразователя входной секции 5 определяют исходя из требований к допустимой задержке и по искажению длительности копируемого сигнала управления 26, а скорость нарастания импульсов тока 27 устанавливают не менее критической скорости нарастания тока;- convert the control signal 26 into a sequence of current pulses 27 through the input section 8 of the communication transformer, the duration of the sequence of current pulses 27 is determined by the duration of the control signal 26, the minimum frequency of the internal analog-to-pulse converter of the input section 5 is determined based on the requirements for the permissible delay and the distortion of the duration of the copied the control signal 26, and the slew rate of the current pulses 27 set at least a critical slew rate of the current;

- при частоте внешнего управляющего сигнала управления полупроводниковым ключом 22 ниже частоты внутреннего аналого-импульсного преобразователя входной секции 5 частоту тока импульсов 27 во входной секции 8 трансформатора связи устанавливают соответствующей частоте работы внутреннего аналого-импульсного преобразователя (на фиг.1 не показан);- when the frequency of the external control signal for controlling the semiconductor switch 22 is lower than the frequency of the internal analog-to-pulse converter of the input section 5, the current frequency of pulses 27 in the input section 8 of the communication transformer is set to the corresponding frequency of the internal analog-pulse converter (not shown in Fig. 1);

- при частоте внешнего управляющего сигнала управления 26 выше частоты внутреннего аналого-импульсного преобразователя входной секции 5 частоту тока импульсов 27 определяют соответствующей частоте внешнего управляющего сигнала;- when the frequency of the external control signal 26 is higher than the frequency of the internal analog-pulse converter of the input section 5, the frequency of the pulse current 27 is determined by the corresponding frequency of the external control signal;

- частоту импульсов через входную секцию 8 трансформатора связи изменяют в зависимости от амплитуды напряжения питания 25;- the frequency of the pulses through the input section 8 of the communication transformer is changed depending on the amplitude of the supply voltage 25;

- соотношение между напряжением питания 25 и частотой импульсов 27 определяют характеристикой 28 входной секции 5;- the ratio between the supply voltage 25 and the pulse frequency 27 is determined by characteristic 28 of the input section 5;

- длительность импульсов тока 27 определяют амплитудой тока через входную секцию 8 трансформатора связи;- the duration of the current pulses 27 is determined by the amplitude of the current through the input section 8 of the communication transformer;

- за счет магнитной связи между секциями 8 и 9 трансформатора связи, импульсами тока 27 на выводах 10 и 11 формируют импульсы переменного напряжения;- due to magnetic coupling between sections 8 and 9 of the communication transformer, current pulses 27 at the terminals 10 and 11 form alternating voltage pulses;

- выделяют напряжение одного направления, снимаемое с выводов 10, 11 с помощью диода 13;- isolate the voltage in one direction, removed from the terminals 10, 11 using the diode 13;

- заряжают емкость 14 со стороны выводов 10, 11 и/или от напряжения помехи, снимаемой с контрольной точки 20;- charge the capacitance 14 from the side of terminals 10, 11 and / or from the interference voltage removed from the control point 20;

- подают напряжение с емкости 14 через первый токоограничивающий каскад 17 в цепь управления полупроводникового ключа 22 в контрольную точку 20;- apply voltage from the capacitance 14 through the first current-limiting cascade 17 to the control circuit of the semiconductor switch 22 to the test point 20;

- напряжение в контрольной точке 20 делят между первым и вторым токоограничивающими каскадами 17 и 21;- the voltage at the test point 20 is divided between the first and second current-limiting cascades 17 and 21;

- при превышении на емкости 14 первого порогового уровня 31 через фиксированное время задержки tзад включают блок анализа 16;- when exceeding on the tank 14 of the first threshold level 31 after a fixed delay time t back include analysis unit 16;

- в зависимости от полученного соотношения между вторым пороговым уровнем 32 и напряжением в контрольной точке 15, включают или выключают дополнительный ключ 19;- depending on the obtained relationship between the second threshold level 32 and the voltage at the control point 15, turn on or off the additional key 19;

- после прекращения фазы включения сигнал 26 прерывают, последовательность импульсов тока 27 прерывают, соответственно напряжение на емкости 14 снижается ниже второго порогового уровня, дополнительный полупроводниковый ключ 19 включается, полупроводниковый ключ 22 выключается.- after the end of the on phase, the signal 26 is interrupted, the sequence of current pulses 27 is interrupted, respectively, the voltage on the capacitance 14 decreases below the second threshold level, the additional semiconductor switch 19 is turned on, the semiconductor switch 22 is turned off.

Полупроводниковый ключ 22 относится к приборам, управляемым напряжением. Из фиг.9 следует, что имеется возможность управлять полупроводниковыми приборами, управляемыми током, например тиристорами. Как показано на фиг.9, полупроводниковый ключ 22, включенный за счет резистора 40 в режиме ограничителя тока, подает в цепь управления полупроводникового ключа 41 ток, формируемый за счет напряжения, прикладываемого к выводам 42 и 43. Ток через цепь управления ключа 41 протекает с момента подачи напряжения на цепь управления полупроводникового ключа 22 до момента включения полупроводникового ключа 41.The semiconductor switch 22 relates to voltage controlled devices. From figure 9 it follows that it is possible to control semiconductor devices controlled by current, for example thyristors. As shown in Fig. 9, a semiconductor switch 22, connected by a resistor 40 in the current limiter mode, supplies a current generated to the terminals 42 and 43 to the control circuit of the semiconductor switch 41. Current flows through the control circuit of the switch 41 with the moment of supplying voltage to the control circuit of the semiconductor key 22 to the moment of turning on the semiconductor key 41.

Технический результат, который достигается изобретением, сводится к созданию технологии управления полупроводниковым ключом, обеспечивающей возможность создания устройств с изоляцией на основе магнитной связи. Изобретение гарантирует, что сигнал 33 повторит входной сигнал 26 с заданной задержкой и заданным искажением его длительности, с возможностью изменения длительности сигнала 26 вплоть до постоянной составляющей, а амплитуда сигнала 33 обеспечит полное включение полупроводникового ключа 22.The technical result, which is achieved by the invention, is reduced to the creation of a semiconductor switch control technology, which makes it possible to create devices with isolation based on magnetic coupling. The invention ensures that the signal 33 will repeat the input signal 26 with a given delay and a given distortion of its duration, with the possibility of changing the duration of the signal 26 up to a constant component, and the amplitude of the signal 33 will ensure the full inclusion of the semiconductor switch 22.

Изобретение превосходит возможности известных технологий для управления полупроводниковым ключом без использования дополнительного источника питания в изолированной выходной секции полупроводникового ключа в части стабильности характеристик и надежности. Динамические характеристики сигнала управления 26 ограничиваются только быстродействием транзисторов, которые применяются в устройстве, реализующем изобретение.The invention surpasses the capabilities of known technologies for controlling a semiconductor key without using an additional power source in the isolated output section of the semiconductor key in terms of stability characteristics and reliability. The dynamic characteristics of the control signal 26 are limited only by the speed of the transistors that are used in the device that implements the invention.

Рассмотрев возможный вариант технической реализации изобретения, следует учитывать возможность его реализации и в других схемах или комбинациях схем.Having considered a possible variant of the technical implementation of the invention, it is necessary to take into account the possibility of its implementation in other schemes or combinations of schemes.

Изобретение допускает возможность объединения устройств в многоканальные модули управления. Например, с одним источником управления и источником питания на входе и множественными изолированными друг от друга выходами.The invention allows the possibility of combining devices into multi-channel control modules. For example, with one control source and a power source at the input and multiple outputs isolated from each other.

На основе изобретения реализовано работоспособное многоканальное устройство для управления ключами на основе МДП-транзисторов с входной емкостью до 1000 пФ и следующими сочетаниями характеристик и предельно допустимых значений:Based on the invention, a workable multi-channel key management device based on MOS transistors with an input capacitance of up to 1000 pF and the following combinations of characteristics and maximum permissible values is implemented:

- пороговое входное напряжение (Uвх.пор) регулируется от 3 до 30 В при потребляемом токе на один канал до 10 мА при температуре корпуса 25°С и 20 мА при температуре корпуса 125°С;- the threshold input voltage (U input ) is adjustable from 3 to 30 V with a current consumption per channel of up to 10 mA at a case temperature of 25 ° C and 20 mA at a case temperature of 125 ° C;

- время включения и выключения не более 1 мкс;- turn on and off time no more than 1 μs;

- напряжение изоляции между входом и выходом 10 кВ;- isolation voltage between input and output 10 kV;

- рабочее синфазное напряжение до 2500 В;- operating common mode voltage up to 2500 V;

- проходная емкость не более 5 пФ;- passage capacity not more than 5 pF;

- время фазы включения от 2 мкс до непрерывного включения;- turn-on phase time from 2 μs to continuous turn-on;

- критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии ключа не мене 2500 В/мкс.- the critical rate of voltage rise in the closed state of the switch is at least 2500 V / μs.

При этом первый пороговый уровень составлял 1,8 В; второй пороговый уровень составлял 9 В, частота преобразования от 200 до 500 кГц.The first threshold level was 1.8 V; the second threshold level was 9 V, the conversion frequency was from 200 to 500 kHz.

Устройство сохраняло работоспособность при воздействии на его трансформатор связи электромагнитных полей частотой 50 Гц при размещении его непосредственно на силовых шинах с токами до 10 кА.The device remained operable when exposed to electromagnetic transformer coupling of electromagnetic fields with a frequency of 50 Hz when placed directly on power buses with currents up to 10 kA.

Используя возможности настоящего изобретения, возможно создать изолирующие устройства для управления полупроводниковыми ключами с существенными преимуществами по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями.Using the capabilities of the present invention, it is possible to create insulating devices for controlling semiconductor switches with significant advantages compared with the prototype and other known technical solutions.

Claims (1)

Способ управления полупроводниковым ключом с изолированными входной и выходной секциями и трансформатором связи на основе электромагнитного эффекта между ними, заключающийся в преобразовании напряжения питания входной секции в импульсы тока через входную секцию трансформатора связи, с ограничением амплитуды импульсов тока за счет регулирования их длительности и частоты следования и выделении на выходной секции трансформатора связи новообращенного сигнала управления полупроводникового ключа, отличающийся тем, что задают время нарастания амплитуды импульсов тока через входную секцию трансформатора связи до заданного уровня с длительностью, не превышающей критического значения, а для включения, или выключения полупроводникового ключа, или поддержания его во включенном или выключенном состоянии контролируют по истечении заданного интервала времени, отсчитываемого от момента достижения напряжением одного направления, выделенным с выходной секции трансформатора связи, первого порогового уровня, факт превышения выделенным напряжением одного направления второго порогового уровня, при этом первый пороговый уровень устанавливают не превышающим порогового напряжения полупроводникового ключа, а второй пороговый уровень устанавливают превышающим минимально допустимое напряжение управления полупроводникового ключа, а по результатам контроля регулируют напряжение одного направления, выделенное со стороны выходной секции трансформатора связи в цепи управления полупроводникового ключа.A method for controlling a semiconductor switch with isolated input and output sections and a communication transformer based on the electromagnetic effect between them, which consists in converting the supply voltage of the input section into current pulses through the input section of the communication transformer, with a limitation of the amplitude of the current pulses by controlling their duration and repetition rate, and selection on the output section of the communication transformer of the convert control signal of the semiconductor key, characterized in that set the time The amplitude of the current pulses through the input section of the communication transformer to a predetermined level with a duration not exceeding the critical value, and to turn the semiconductor switch on or off, or to keep it on or off, is controlled after a specified time interval, counted from the moment the voltage reaches one the direction allocated from the output section of the communication transformer, the first threshold level, the fact that the selected voltage exceeds one second direction threshold level, while the first threshold level is set not exceeding the threshold voltage of the semiconductor key, and the second threshold level is set to exceed the minimum allowable control voltage of the semiconductor key, and the control results regulate the voltage of one direction allocated from the output section of the communication transformer in the control circuit of the semiconductor key .
RU2005116194/28A 2005-05-27 2005-05-27 Method for controlling semiconductor switch RU2290737C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005116194/28A RU2290737C1 (en) 2005-05-27 2005-05-27 Method for controlling semiconductor switch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005116194/28A RU2290737C1 (en) 2005-05-27 2005-05-27 Method for controlling semiconductor switch

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2290737C1 true RU2290737C1 (en) 2006-12-27

Family

ID=37759942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005116194/28A RU2290737C1 (en) 2005-05-27 2005-05-27 Method for controlling semiconductor switch

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2290737C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465703C1 (en) * 2011-06-27 2012-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Субмикрон" Switching devices with transformer galvanic isolation of control circuits
RU168275U1 (en) * 2016-04-04 2017-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Завод технологических источников" POWER KEY SHUTTER DRIVER
RU2686061C1 (en) * 2018-05-07 2019-04-24 Глеб Германович Кравцов Method for construction of excitation system control circuit
RU2764282C1 (en) * 2018-08-03 2022-01-17 Майкро Моушн, Инк. Determination of the input voltage for the galvanic isolation point
RU2809191C1 (en) * 2023-08-17 2023-12-07 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Power transistor control device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465703C1 (en) * 2011-06-27 2012-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Субмикрон" Switching devices with transformer galvanic isolation of control circuits
RU168275U1 (en) * 2016-04-04 2017-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Завод технологических источников" POWER KEY SHUTTER DRIVER
RU2686061C1 (en) * 2018-05-07 2019-04-24 Глеб Германович Кравцов Method for construction of excitation system control circuit
RU2764282C1 (en) * 2018-08-03 2022-01-17 Майкро Моушн, Инк. Determination of the input voltage for the galvanic isolation point
RU2809191C1 (en) * 2023-08-17 2023-12-07 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Power transistor control device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6915115B2 (en) How to Control Secondary Controllers, Power Converters, and Synchronous Flyback Converters for Use in Synchronous Flyback Converters
US9525357B2 (en) Control and drive circuit and method
CN103715898B (en) Feedback voltage sample circuit, feedback voltage blanking circuit and method
US10651752B1 (en) Flyback converter with reliable pulse-based isolated communication
US4843532A (en) Regulating pulse width modulator for power supply with high speed shutoff
KR20100000667A (en) Switch control device and converter comprising the same
WO2013037309A1 (en) Adaptive dead time control apparatus and method for switching power converters
TW201709659A (en) System and method for adjusting power source conversion system operating under quasi resonant mode
WO2009135156A2 (en) Protection method, system and apparatus for a power converter
US7321498B2 (en) DC-DC converter having synchronous rectification without cross conduction
CN104079169A (en) Circuit of switching inductance power supply
TW200539557A (en) Low audible noise power supply method and controller therefor
US10958178B2 (en) Control circuit, control method and flyback converter of primary-side feedback control thereof
CN112234807B (en) Zero-voltage switch forward DC-DC converter and control method thereof
RU2290737C1 (en) Method for controlling semiconductor switch
CN111564975A (en) Flyback converter with edge-based isolated communication
US20230291315A1 (en) Controllers and methods for detecting and adjusting voltage drops related to transistors in power converters
US7113413B1 (en) Control circuit with tracking turn on/off delay for a single-ended forward converter with synchronous rectification
JPH04317561A (en) No-voltage changing dc-dc converter
CN111726011A (en) Digital isolator circuit comprising integrated isolated DC-DC and digital isolator comprising circuit
US7391242B1 (en) Sawtooth waveform generator
CN112383297B (en) IGBT driver
JP4098494B2 (en) Switching power supply
KR20190001457A (en) High voltage power supply having single switch and control circuit device for the same
CN112154594B (en) Half-bridge electronic device comprising two systems for optimizing dead time between switching operations of high-level switch and low-level switch

Legal Events

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

Effective date: 20110528

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120627

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190528