SU1163471A1 - Управл емый широтно-импульсный модул тор (его варианты) - Google Patents

Abstract

1, Управл емый широтно-импульсный модул тор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, объединенные коллекторы которьк соединены с первой шиной источника питани , базы - с началами базовых обмоток, а эмиттеры - с концами базовьпс и началами силовых обw .. ffK;моток соответствующих трансформаторов тока, между объединенными концами силовых обмоток которых и второй шиной источника питани  включены соединенные параллельно нагрузка и шунтирующий диод, .выключающий транзистор , эмиттер которого соединен с второй шиной источника питани , а база с первым выходом блока управлени , второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  путем форсированного выключени  силовых транзисторов, в него дополнительно введен блок выключени , управл ю- 3 щий вход которого соединен с коллек (Л тором выключающего транзистора, первый и второй выходы соединены с базами силовых транзисторов соответственно , а третий выход соединен с объединенными концш и силовых обмоток трансформаторов тока. ( .Фи&1

Description

2.Модул тор по п.1, отличающийс  тем, что в нем блок выключени  содержит транзистор противоположного к силовым транзисторам типа провод1О4ости, база которого соединена с управл ющим входом, эмит-. тер - с катодами первого и второго диодов, аноды которых соединены с первым и вторым выходами, а коллектор - с первым выводом конденсатора и анодами третьего и четвертого диодов , катоды которых соединены с первым и вторым выходами, а второй вывод ковденсатора - с третьим выходом блока выключени .

3.Модул тор поп.1,отличающийс   тем, что в нем блок выключени  содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, дмиттеры которых соединены с первым и вторым выходами , базы - с анодами первого и второго диодов, катоды которых соединены с управл ющим входом, а коллекторы с анодом третьего диода и первым выводом ковденсатора, второй вьшод которого и катод третьего диода соединены с третьим выходом блока выключени  .

4.Модул тор по п.1, отличающийс  тем, что в нем блок выключени  содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с первым и вторым выходами , коллекторы - с третьим выходом а базы - с анодами первого и второго диодов, катоды которых соединены с управл ющим, входом блока выключени , между первым и вторым выходами которого включены соединенные последовательно конденсатор и включенные

встречно-параллельно третий и четвертый диоды.

5. Управл емый широтно-импульсный модул тор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора , коллекторы которых объединены, базы соединены с началами базовых обмоток соответствующих трансформаторов тока и анодами выключающих диодов , а эмиттеры - с концами базовых И началами силовых обмоток соответствующих тра.нсформаторов тока, конць: силовых обмоток которых объединены, выключающий транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной источника питани , коллектор - с катодами выключающих диодов, а база - с первым выходом блока управлени , второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, и соединенные параллельно нагрузку и шунтирующий диод, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  быстродействи  путем форсированного выключени  силовых транзисторов, в него дополнительно введены два транзистора , два диода и два конденсатора, причем эмиттеры транзисторов соединены с первой шиной источника питани  и анодами обоих диодов, базы с первым выходом блока управлени , а коллекторы - с катодами соответствующих диодов и через соответствующие конденсаторы - с базами силовых транзисторов, между объединенными коллекторами которых и второй шиной источника питани  включена нагрузка, а объединенные концы силовых обмоток трансформаторов тока соединены с , первой шиной источника питани .

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке преобраТователей и напр жени  с широким диапазоном изменени  тока нагрузки, инверторов и преобразователей частоты.

Цель изобретени  - повьщ1ение быстродействи  щиротно-импульсного

модул тора путем форсированного выключени  силовых транзисторов.

На фиг.1 приведена принципиальна  схема управл емого широтно-импульсного модул тора; на фиг.2 - 5 - примеры выполнени  блока включени ; на фиг.6 - принципиальна  схема управл емого широтно-импульсного модул тора при включении нагрузки между плюсовой шиной источника питани  и объединенными коллекторами силовых транзисторов; на фиг.7 и 8 - примеры выполнени  блока включени .

Управл емый широтно-импульсный модул тор (фиг.) содержит два силовых транзистора 1 и 2, объединенные коллекторы которых соединены с плюсовой шиной 3 источника питани ,-два трансформатора 4 и 5 тока с силовыми обмотками 6 и 7 и базовыми обмотками 8 и 9, причем базы силовьк транзисторов и 2 соединены с началами базовых обмоток 8 и 9, а эмиттеры с концами базовых и началами силовых обмоток соответствующих трансформаторов 4 и 5 тока, блок 10 управлени  с включающим выходом 11 и выключающим вькодом 12, нагрузка 13 с шунтирующим диодом 14 включены параллельно между объединенными концами силовых обмоток 6 и 7 и минусовой шиной 15 источника питани , выключающий транзистор 16, эмиттер которого соединен с минусовой шиной 15 источника питани , а база - с выключающим выходом 12 блока 10 управлени , включающий выход 11 которого соединен с базой одного из силовых транзисторов 2 через разделительный диод 17, который может входить в состав блока 10 управлени , блок 18 выключени  управл ющий вход I9 которого соединен с коллектором выключающего транзистора 16, а вькоды 20 - 22 блока 18 выключени  соединены с базами силовы транзисторов I и 2 и с объединенными концами силовых обмоток трансформато ров 4 и 5 тока соответственно.

Блок 18 выключени  (фиг.2 содержит транзистор 23 противоположного к силовьм транзисторам типа проводи- мости, база которого соединена с управл к цим входом 19, эмиттер - с катодами диодов 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21, а коллектор - с первым выводом конденсатора 26 и анодами диодов 27 и 28, катоды которых соединены с выходами 20 и 21, а второй вывод конденсатора с выходом 22 блока 18 выключени .

Блок 18 выключени  (фиг.3 содержит два транзистора 23 и 29, противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с выходами 20 и 21, базы с анодами диодов 24 и 25, катоды которых соединены с управлвпощим входом 19, а коллекторы - с анодом диода 27 и первым выводом конденсатора 26, второй вьгоод которого и катод диода 27 соединены с выходом 22 блока 18 выключени .

Блок 18 выключени  Сфиг.4) содержит два транзистора 23 и 29, npOTirooположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с выходами 20 и 21, коллекторы - с выходом 22, а базы - с анодами диодов 24 и 25, катоды которых соединены с управл ющим входом 19 блока 18 выключени , между выходами 20 и 21 которого включены соединенные последовательно конденсатор 26 и включенные встречно-параллельно диоды 27 и 28. .

Блок 18 выключени  (фиг.З) содержит один транзистор 23 противоположного к силовьм транзисторам типа проводимости , коллекторы которого соединены с выходом 22 блока выключени , база - с управл ющим входом 19, а эмиттер - с общей точкой катодов диодов 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21 блока выключени , между выходами 20 и 21 включены соединенные последовательно конденсатор 26 и включенные встречно-параллельно диоды 27 и 28.

Управл емый щиротно-импульсный модул тор Сфиг.бу содержит силовые транзисторы 1 и 2, плюсовую шину 3 источника питани , трансформаторь 4 и 5 тока, начала силовых обмоток 6 и 7 которых соединены с эмиттерами силовых транзисторов 1 и 2 и концами базовых обмоток 8 и 9 соответственно начала которых соединены с базами силовых транзисторов 1 и 2 соответственно , блок 10 управлени  с включающим выходом 11 и выключающим выходом 12, нагрузка 13 и шунтирующий диод 14 включены параллельно между плюсовой шиной 3 источника питани  и объединенными коллекторами силовых транзисторов 1 и 2, минусова  шина 15 источника питани  подключена к эмиттеру выключающего транзистора 16,.база которого соединена с выключающим выходом 12 блока 10 управлени , в состав которого входит диод 17, включенный между включающим выходом 11 и базой одного нз силовых транзисторов 2, блок 18 выключени , управл ющий вход 19 которого соединен с коллектором

выключающего транзистора 16, выходы 20 и 2.1 соединены с базами силовых транзисторов 1 и 2 соответственно, а выход 22 - с объединенными концами силовых обмоток 6 и 7, минусовой шиной 15 источника питани  и эмиттером транзистора 23, выключающие диоды 24 и 25, аноды которых соединены с выходами 20 и 21 соответственно, а катоды - с управл ющим входом 19 блока 18 выключени , конденсатор 26, включенньш между анодом выключающего диода 24 и объединенными вьшодами коллектора транзистора 23 и катода диода 27, анод которого соединен с выходом 22 блока 18 выключени  и анодом диода 28, катод которого соединен с объединенными вьшодами коллектора транзистора 29 и конденсатора 30, второй вьшод которого соединен с выходом 21 блока 18 выключени , эмиттер транзистора 29 соединен с катодом диода 28, а базы транзисторов 23 и 29 соединены с выключающим выходом 12 блока 1 О управлени .

Блок 18 выключени  (фиг.7) выполнен по упрощенной схеме и содержит диоды 24 и 25, катод которых соединен с управл ющим входом 19, соединенные последовательно конденсатор . 26 и диод 27, соединенные последовательно диод 28 и конденсатор 30, причем катоды диодов 27 и 28 соединены с выходом 22 блока 18 выключени , вторые вьюоды конденсаторов 26 и 30 - с выходами 20 и 21 соответственно , а аноды диодов 24 и 25 - с катодами диодов 27 и 28.

Блок 18 выключени  (фиг.8) содержит транзистор 23, эмиттер которого соединен с выходом 22, база - с выключающим выходом 12 блока управлени , а коллектор - с катодом диода 24, анод которого соединен с выходом 20, параллельно диоду 24 включен конденсатор 26, а параллельно транзистору . 23 - диод 27, анод которого соединен с его эмиттером и анодом 28 катод которого соединен с управл ющим входом 19, катодом диода 25 и первым вьшодом конденсатора 30, второй вьшод которого соединен с анодом диода 25 н выходом 21 блока 18 выключени .

Устройство работает следук дим. образом .

В исходном состо нии силовые транзисторы 1 и 2 заперты, источник пиг

тани  подключен к шинам 3 и I5 питани  .

При по влении положительного имт пульса напр жени  на включающем выходе 11 блока 10 управлени  открьшаетс  силовой транзистор 2, после повышени  напр жени  на базе силового транзистора 2 диод 17 запираетс  и далее этот транзистор 2 поддерживаетс  в открытом состо нии током базовой обмотки 9 за счет положительной обратной св зи по току, создаваемой трансформатором 5 тока. После насыщени  магнитопровода трансформатора 5 тока происходит включение по коллектору силового транзистора I, который поддерживаетс .в открытом состо нии за счет действи  положительной обратной св зи по току в трансформаторе 4 тока, в это врем  происходит самопроизвольное размагничивание сердечника трансформатора 5 тока, после окончани  которого силовой тр анзистор 2 снова автоматически включаетс  и ток нагрузки будет протекать параллельно по двум силовым транзисторам 1 н 2. Поскольку врем  размагниуивани  магнитопровода трансформатора примерно в 5 раз меньше времени намагничивани , что обусловлено различием в 5 раз напр жений на открытом и запертом переходе база-эмиттер силового транзистора 1 (или 21, то врем  запертого состо ни  транзистора 1 (2 будет в 5 раз меньгае их открытого состо ни , причем врем  запертого состо ни  одного силового транзистора приходитс  примерно на середину открытого состо ни  соседнего транзистора . После автоматического повторного включени  силового транзистора 1 первым включаетс  силовой транзистор 2 и в его трансформаторе 4 тока магнитопровод начинает самопроизвольно размагничиватьс . Автоматическое включение силовых транзисторов 1 и 2 в открытом состо нии щиротно-импульсного модул тора происходит за счет электромагнитной энергии, запасаемой в емкост х база-эмиттер силовых транзисторов и индуктивноет х трансформаторов тока. Благодар  чередованию состо ний одиночной и параллельной работы силовых транзисторов пульсации напр жени  на нагрузке невелики и не превьшают 1В. Режим автоколебаний будет режимом открытого состо ни  щиротно-импульсного модул тора . Во врем  запертого состо ни  силового транзистора 1 (2) на базово обмотке соответствующего трансформатора тока возникает напр жение обратной пол рности около 5 В, которое че рез диоды 28 и 27 (фиг.2) зар жает конденсатор 26 до напр жени  около 5 В, причем плюс этого напр жени  оказьшаетс  на обкладке конденсатора , соединенной с выходом 22. При по влении положительного напр жени  на выключающем выходе 12 блока 10 управлени  открьшаетс  выключающий транзистор 16 и начинает протекать ток по пути: базы силовых транзисторов 1 или 2, выходы 20 и 21 блока 18 выключени , диоды 24 и 25 |(фиг.2) , переход база-эмиттер транзистора 23. Этот ток открывает транзистор 23 и напр жение конденсатора 26 прикладываетс  к переходам база-эмиттер силовых транзисторов I и 2 в запирающем направлении и осуществл ет быстрое (формированное) выключение их, после этого силовые транзисторы I и 2 остаютс  в запертом состо нии, пока есть напр жение на выходе 12 блока 1 О управлени .

В блоке управлени  регулируетс  врем  подачи напр жени  на выходы 11 и 12 и тем самым осуществл етс  регулирование среднего напр жени  на нагрузке 13, В течение запертого состо ни  силовых транзисторов 1 и 2 ток нагрузки замыкаетс  по шунтирующему диоду 14.

Во втором варианте блока 18 выключени  (фиг.З конденсатор 26 зар жаетс  во врем  запертого состо ни  силовьпс транзисторов I и 2 через коллектор-эмиттерные переходы транзисторов 23 и 29 с той же пол рностью . При по влении положительного импульса на выходе 12 блока 10 , управлени  открьгоаетс  выключающий транзистор 16 и открьтаютс  транзисторы 23 и 29, а напр жение конденсатора 26 выключает силовые транзисторы 1И 2. При этом ток базы силовых транзисторов 1 и 2 реверсирует и протекает по контурам: вывод 20 21), диод 24 (25), переход эмиттербаза транзистора 29 (2311, коллекторэмиттер выключающего транзистора.16. При этом частично происходит протекание тока через диод. 27 после разр да конденсатора 26.

В третьем варианте блока 18 выключени  (.фиг.4) при выключении ток базы силовых транзисторов протекает по пут м: вьшод 20 (2П , эмиттер-база транзистора 29 (23), диод 24 (25), коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16. Частично он замыкаетс  по переходу эмиттер-коллектор транзистора 23 (.29). Конденсатор 26 зар жаетс  по этой схеме через диоды 27 и 28 в момент запирани  одного из силовых транзисторов 1 или 2. После окончани  действи  размагничивающей ЭДС этот конденсатор, отдава  свою энергию, прийудительно размагничива ет надежное повторное включение силовых транзисторов в режиме автоколебаний и более четкое синхронное выключение силовых транзисторов в режиме широтно-импульсной модул ции.

В четвертом варианте блока 18 выключени  (фиг.5) конденсатор 26 и диод 27 (28) работают так же, как в предьщущем, а ток базы силовых транзисторов протекает при выключении сначала по диоду 24 (25) затем переходу эмиттер-база транзистора 23, коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16. В этом варианте уменьшен ток, замыкающийс  между выводами 20 и 22, 21 и 22, так как на этом пути есть диоды 24 (25) и переход эмиттерколлектор транзистора 23. Дл  маломощных схем это допустимо и позвол ет число транзисторов в блоке 18 выключени .

При включении нагрузки между плюсово шиной 3 Источника питани  {фиг.6) и объединенными коллекторами силовых транзисторов 1 и 2 единственной возможностью осуществить быстрое отключение транзисторов 1 и 2  вл етс  применение коммутирующих конденсаторов 26 и 30 в блоке 18 выключени . Включение модул тора происходит так же, как и варианта по фиг.1, и режим автоколебаний в состо нии Включено происходит в этой схеме аналогично. При этом во врем  запертого состо ни  силовых транзисторов 1 и 2 происходит зар д конденсаторов 26 и 30 через диоды 27 и 28 с плюсом на нижней обкладке. При подаче открывающего импульса на базу транзисторов 23 и 29, которые открываютс  синхронно с выключающим транзистором 16, напр жение этих конденсаторов прикладываетс  к переходам база-эмиттер снловьпс

транзисторов 1 и 2 в запирающем направлении и осуществл етс  форсированное их отключение. В течение нулевой паузы открытый выключающий транзистор 16 поддерживает устойчивое запертое состо ние транзисторов I и 2.

Во втором варианте блока 18 выключени  (фиг.7) конденсаторы 26 и 30 зар жаютс  через диоды 27 и 28 во врем  автоколебаний в моменты размагничивани  сердечников трансформаторов тока. При открьюании выключающего транзистора 16 их напр жени  через диоды 24 и 25 и переход коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16 прикладываетс  к переходам бааа-эмиттер силовых транзисторов и выключает их. Этот вариант рекомендуетс  дл  маломощных схем.

В третьем варианте блока 18 выключени  (фиг.8 V зар д коммутирующих конденсаторов 26 и 30 осуществл етс  через диоды 27 и 28 во врем  запертого состо ни  силовых транзисторов 1 и 2 в режиме автоколебаний. При открывании транзисторов 16 и 23 напр жекие конденсаторов 26 и 30 запирает силовые транзисторы 1 и 2. Благодар  диодам 24 и 25, включенным параллельно конденсаторам 26 и 30, повьппаетс  устойчивость запертого состо ни  транзисторов 1 и 2.

Во втором варианте блока 18 выключени  (фиг.7) конденсаторы 26 и 30 зар жаютс  через диоды 27 и 28 во врем  автоколебаний в моменты размаг92

26 2В

ничивани  cepдeч rикoв трансформаторов тока. При открывании выключающего транзистора 16 их напр жени  через диоды 24 и 25 и переход коллектор-эмиттер выключающего транзистора 16 прикладываетс  к переходам база-эмиттер силовых транзисторов и выключает их. Этот вариант рекомендуетс  дл  маломощных схем.

В третьем варианте блока 18 выключени  (фиг.8 зар д коммутирующих конденсаторов 26 и 30 осуществл етс  через диоды 27 и 28 во врем  запертого состо ни  силовых транзисторов 1 и 2 в режиме автоколебаний. При открывании транзисторов 16 и 23 напр жение конденсаторов 26 и 30 запирает силовые транзисторы 1 и 2. Благодар  диодам 24 и 25, включенным параллельно конденсаторам 26 и 30, повьппаетс  устойчивость запертого состо ни  транзисторов 1 и 2.

Таким образом, введением в управл емый широтно-импульсный модул тор дополнительных конденсаторов, диодов и транзисторов позвол ет за счет форсированного выключени  силовых транзисторов зар дом конденсаторов существенно уменьшить длительность фронтов формируемых импульсов задержки выключени . В свою очередь, это позвол ет повысить рабочую частоту широтно-импульсного модул тора и получить высокие энергетические показатели во всем диапазоне изменени  нагрузок.

д20 21

2

.з

L

25

т

А0

19

20

- 9 Т

бЮ

о о22о /

29 Фиг.3

27

25

4Ф

2J

75

Фиг,5

Claims (5)

1. Управляемый широтно-импульсный модулятор^ содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, объединенные коллекторы которых соединены с первой шиной источника питания, базы - с началами базовых обмоток, а эмиттеры - с концами базовых и началами силовых об- моток соответствующих трансформаторов тока, между объединенными концами силовых обмоток которых и второй шиной источника питания включены соединенные параллельно нагрузка и шунтирующий диод, выключающий транзистор, эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, а база с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем форсированного выключения силовых транзисторов, в него дополнитель- _л но введен блок выключения, управляю- S щий вход которого соединен с коллектором выключающего транзистора, первый и второй выходы соединены с базами силовых транзисторов соответственно, а третий выход соединен с объединенными концами силовых обмоток трансформаторов тока.

,ФигЛ i

2. Модулятор по π.1, отличающийся тем, что в нем блок выключения содержит транзистор противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, база которого соединена с управляющим входом, эмиттер - с катодами первого и второго диодов, аноды которых соединены с первым и вторым выходами, а коллектор - с первым выводом конденсатора и анодами третьего и четвертого диодов, катоды которых соединены с первым и вторым выходами, а второй вывод конденсатора - с третьим выходом блока выключения.

3. Модулятор поп.1,отличающийс я тем, что в нем блок выключения содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с первым и вторым выходами, базы - с анодами первого и второго диодов, катоды которых соединены с управляющим входом, а коллекторы с анодом третьего диода и первым выводом конденсатора, второй вывод которого и катод третьего диода соединены с третьим выходом блока выключения .

4. Модулятор по п.1, о т л и чающийся тем, что в нем блок выключения содержит два транзистора противоположного к силовым транзисторам типа проводимости, эмиттеры которых соединены с первым и вторым выходами, коллекторы - с третьим выходом/ а базы - с анодами первого и второго диодов, катоды которых соединены с управляющим, входом блока выключения, между первым и вторым выходами которого включены соединенные последовательно конденсатор и включенные встречно-параллельно третий и четвертый диоды.

5. Управляемый широтно-импульсный модулятор, содержащий два трансформатора тока с базовой и силовой обмотками на каждом, два силовых транзистора, коллекторы которых объединены, базы соединены с началами базовых обмоток соответствующих трансформаторов тока и анодами выключающих диодов, а эмиттеры - с концами базовых И началами силовых обмоток соответствующих трансформаторов тока, концы силовых обмоток которых объединены, выключающий транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной источника питания, коллектор - с катодами выключающих диодов, а база - с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с базой одного из силовых транзисторов, и соединенные параллельно нагрузку и шунтирующий диод, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия путем форсированного выключения силовых транзисторов, в него дополнительно введены два транзистора, два диода и два конденсатора, причем эмиттеры транзисторов соединены с первой шиной источника питания и анодами обоих диодов, базы с первым выходом блока управления, а коллекторы - с катодами соответствующих диодов и через соответствующие конденсаторы - с базами силовых транзисторов, между объединенными коллекторами которых и второй шиной источника питания включена нагрузка, а объединенные концы силовых обмоток трансформаторов тока соединены с первой шиной источника питания.