SU1471272A1

SU1471272A1 - Transistor gate converter

Info

Publication number: SU1471272A1
Application number: SU874290878A
Authority: SU
Inventors: Александр Альбертович Новиков; Александр Олегович Ширяев; Татьяна Николаевна Новикова
Original assignee: Смоленский филиал Московского энергетического института
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1989-04-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики, электропривода и вторичного электропитани дл коммутации посто нного тока. Цель изобретени - расширение частотного диапазона при высоком напр жении в силовой цепи преобразовател . Транзисторный ключевой преобразователь содержит первый силовой высоковольтный транзистор п-р-п типа 1 и второй силовой транзистор р-п-р типа 2, соединенные по каскадной схеме, т.е. с объединенными эмиттерами и общей базовой обмоткой 4 трансформатора тока 3, включенной между базами силовых транзисторов 1 и 2. Трансформатор тока имеет первичную обмотку 5, пусковую обмотку 6 и управл ющую обмотку 7, шунтированную управл ющим ключом 10. Диод 13 шунтирует коллекторный переход силового транзистора 2 и первичную обмотку 5 трансформатора тока. Ключевой преобразователь открываетс при подаче пускового импульса на обмотку 6 и удерживаетс в открытом состо нии благодар положительной обратной св зи с помощью трансформатора тока 3. Дл запирани преобразовател замыкаетс управл емый ключ 10, корот щий обмотку 7. После выключени второго силового транзистора 2 открываетс диод 13 и первый силовой транзистор 1 форсированно запираетс по коллекторному переходу. 2 ил.The invention relates to electrical engineering and can be used in automation systems, electric drive and secondary power supply for switching DC current. The purpose of the invention is to expand the frequency range at high voltage in the power circuit of the converter. The transistor key converter contains a first pnp type 1 high-voltage power transistor and a second pnp type 2 power transistor, connected in a cascade circuit, i.e. with combined emitters and common base winding 4 of current transformer 3 connected between bases of power transistors 1 and 2. The current transformer has a primary winding 5, start winding 6 and control winding 7 shunted by control switch 10. Diode 13 shunts the collector junction of the power transistor 2 and the primary winding 5 of the current transformer. The key converter opens when a start pulse is applied to the winding 6 and is held open by positive feedback using a current transformer 3. The control key 10, the short winding 7, is closed to lock the converter. After turning off the second power transistor 2, the diode 13 opens and the first power transistor 1 is forcedly closed at the collector junction. 2 Il.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматики, электропривода и вторичного электропитания для коммутации цепей постоянного тока.The invention relates to electrical engineering and can be used in automation systems, electric drives and secondary power supply for switching DC circuits.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона при высоком напряжении в силовой цепи преобразователя.The purpose of the invention is the expansion of the frequency range at high voltage in the power circuit of the Converter.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed device; in FIG. 2 - diagrams explaining his work.

, Эмиттер первого силового высоковольтного транзистора 1 соединен с эмиттером второго силового транзистора 2. Трансформатор 3 тока имеет четыре обмотки. Первый вывод базовой обмотки 4 трансформатора тока соединен с базой первого силового транзистора 1, а второй вывод этой обмотки соединен с базой второго силового транзистора 2. Первый вывод первичной обмотки 5 трансформатора тока соединен с коллектором второго силового транзистора 2, а второй вывод этой обмотки является силовым выходом преобразователя, выводы пусковой обмотки 6 трансформатора тока и выводы управляющей обмотки 7 трансформатора тока подсоединены к схеме управления преобразователем 8. При этом к выводам пусковой обмотки 6 трансформатора тока подключен источник 9 отпирающего тока, а выводы управляющей обмотки 7 трансформатора тока шунтированы управляющим ключом 10, параллельно которому включен ‘ резистор 11 цепи восстановления ис+ ходного магнитного состояния сердечника трансформатора тока. Вход транзистора 1 шунтирован резистором 12, а между базой транзистора 2 и силовым выходным выводом преобразователя включен диод 13.The emitter of the first high-voltage power transistor 1 is connected to the emitter of the second power transistor 2. The current transformer 3 has four windings. The first terminal of the base winding 4 of the current transformer is connected to the base of the first power transistor 1, and the second terminal of this winding is connected to the base of the second power transistor 2. The first terminal of the primary winding 5 of the current transformer is connected to the collector of the second power transistor 2, and the second terminal of this winding is power the output of the converter, the conclusions of the starting winding 6 of the current transformer and the conclusions of the control winding 7 of the current transformer are connected to the control circuit of the converter 8. Moreover, to the conclusions of the starting winding 6 nsformatora current source 9 connected to a gate on the current transformer and the current of the control winding terminations 7 shunted control key 10, which is included in parallel 'recovery circuit resistor 11 uc + Khodnev magnetic state of the core of the current transformer. The input of the transistor 1 is shunted by the resistor 12, and a diode 13 is connected between the base of the transistor 2 and the power output of the converter.

Преобразователь работает следующим образом.The converter operates as follows.

Пусть в момент времёни t_L (фиг.2) схема управления сформировала'Импульс тока i_fi длительностью t rt^. Этот ток протекает по обмотке 6 трансформатора тока. Полярность включения первой, второй и третьей обмоток трансформатора тока такова, что протекание импульса тока i₆ вызывает нарастание тока обмотки 4 и' 5 трансформатора тока и начинается лавинообразный, процесс, в результате чего в базовой обмотке трансформатора тока про исходит быстрое нарастание тока,трансформированного из первичной обмотки (на фиг. 2 перечисленные токи обозначены i₄ и ij· соответственно) . К моменту полного окончания лавинообразного регенеративного процесса включения из-за индуктивного характера нагрузки ток iy, являющийся током нагрузки, характеризует запасенную в индуктивности нагрузки энергию. На фиг. 2 показана форма тока в резисторе 12, шунтирующем базоэмиттерный переход силового транзистора 1 и по форме совпадающего с напряжением на этом переходе. На обмотке 7 трансформатора тока наводит- _ίся напряжение (на фиг. 2 оно обозначено U_T), имеющее в момент времени характерный выброс за счет эффекта модуляции сопротивлений базовых областей силовых, транзисторов.Suppose that at time t _L (Fig. 2) the control circuit generated a current pulse i _{fi of} duration t rt ^. This current flows through the winding 6 of the current transformer. The polarity of the first, second and third windings of the current transformer is such that the current pulse i ₆ causes an increase in the current of the windings 4 and '5 of the current transformer and an avalanche-like process begins, as a result of which a rapid increase in the current transformed from primary winding (in Fig. 2, the listed currents are denoted by i ₄ and ij · respectively). By the time the avalanche-like regenerative process of switching on is completely completed, due to the inductive nature of the load, the current iy, which is the load current, characterizes the energy stored in the load inductance. In FIG. 2 shows the shape of the current in the resistor 12, which shunts the base-emitter junction of the power transistor 1 and coincides in shape with the voltage at this junction. On winding of the current transformer 7 navodit- _ί Xia voltage (in FIG. 2, it is designated U _T), having a characteristic time release modulation effect due to the resistance of base areas of power transistors.

Далее до момента начала запирания (момент времени t₉) токи обоих силовых транзисторов, токи в обмотках трансформатора тока и напряжение на них несколько увеличиваются, за счет роста тока нагрузки.Further, until the start of locking (time t ₉ ), the currents of both power transistors, the currents in the windings of the current transformer and the voltage on them increase slightly, due to an increase in the load current.

В момент-времени t₃ схема управления замыкает ключ 10 с вентильной характеристикдй, который шунтирует обмотку 7 трансформатора тока (на фиг. 2 напряжение на этой обмотке U-f становится равным нулю, поскольку она оказывается короткозамкнутой). Это приводит к быстрому выводу Транзистора 2. Однако транзистор 2 остается еще насыщенным по коллекторному переходу и до момента рассасывания избыточных зарядов из его коллекторной области (это происходит в момент времени t₄) ток нагрузки протекает по следующей цепи: коллекторный переход силового транзистора 1 обмотка 4 - коллекторный переход силового транзистора 2 - обмотка 5 нагрузка. Ток нагрузки продолжает нарастать и трансформируется в обмотку 7.At time-moment t ₃ , the control circuit closes the key 10 with a gate characteristic, which shunts the winding 7 of the current transformer (in Fig. 2, the voltage on this winding Uf becomes equal to zero, since it turns out to be short-circuited). This leads to the fast output of Transistor 2. However, transistor 2 remains saturated along the collector junction and until the excess charges dissipate from its collector region (this occurs at time t ₄ ), the load current flows through the following circuit: collector junction of power transistor 1 winding 4 - collector junction of the power transistor 2 - winding 5 load. The load current continues to increase and is transformed into a winding 7.

После рассасывания избыточных зарядов из коллекторной области силового транзистора 2 (момент времени t₄) формируется срез его коллекторного тока, причем он замыкается теперь через диод 13 (фиг. 2, i<, в интервале времени от Ц до Ц). В интервале от t_z до ток нагрузки трансформируется в обмотку 7 в со отношении w₄/w_T, что означает уменьшение его величины. В момент времени t₆ заканчивается рассасывание избыточных зарядов из коллекторной области силового транзистора 1 и начинает формироваться срез тока нагрузки (до момента времени t₇). Напряжение на базо-эмиттерном переходе силового транзистора 1 начинает уме- fg ныпаться, уменьшается и ток i_fz, протекающий через резистор 12. В момент времени t₇ начинается процесс перемагничивания сердечника трансформатора 3 тока, в результате чего на его обмотке 7 возникает характерное для восстановления через резистор 11 экспоненциально спадающее во времени напряжение U₇. Имеет характерный выброс и ток резистора 12 за счет 20 перезаряда эмиттерных барьерных емкостей обоих силовых транзисторов.After the absorption of excess charges from the collector region of the power transistor 2 (time moment t ₄ ), a cut of its collector current is formed, and it is now closed through diode 13 (Fig. 2, i <, in the time interval from C to C). In the range from t _z to the load current is transformed into the winding 7 in relation to w ₄ / w _T , which means a decrease in its value. At time t ₆ , the absorption of excess charges from the collector region of the power transistor 1 ends and a slice of the load current begins to form (up to time t ₇ ). The voltage at the base-emitter junction of the power transistor 1 begins to decrease, fg decreases, and the current i _fz flowing through the resistor 12 decreases. At the time t ₇ , the process of magnetization reversal of the core of the current transformer 3 begins, as a result of which the characteristic recovery occurs on its winding 7 through the resistor 11, the voltage U ₇ decreases exponentially in time. It has a characteristic surge and current of the resistor 12 due to 20 overcharging of the emitter barrier capacitances of both power transistors.

Claims

The claims • 25

A transistor key converter containing a first power transistor, the collector of which is connected to the first power terminal of the converter, and a current transformer with a primary winding, the first terminal of which is connected to the second power terminal of the converter, the base winding, the first terminal of which is connected to the base of the first power transistor, a starting winding connected to the terminals for connecting a source of short starting pulses, and with a control winding shunted by a controlled key, characterized in that, with In order to expand the frequency range at high voltage in the power circuit of the converter, a second power transistor is introduced, the conductivity type of which is opposite to the type of conductivity of the first power transistor, the emitters of the first and second power transistors are combined, the collector and base of the second power transistor are connected to the second terminal of the primary and base windings, respectively current transformer, and between the base. the second power transistor and the second output of the converter includes an inserted diode, the conductivity of which coincides with the direction of conductivity of the power transistors.

FI.G.1