SU1601712A1 - Импульсный регул тор посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в высокочастотных преобразовательных устройствах в качестве силового ключа. Цель изобретени  - повышение надежности и расширение диапазона нагрузочной способности. Устройство состоит из включенных между входными выводами 8,9 последовательно соединенных LCD-фильтра, основного 1 и вспомогательного 2 транзисторов. Транзистор 2 управл ющим входом соединен с выходом широтно-импульсного модул тора /ШИМ/ 10. Управл ющий вход транзистора 1 через токоограничительный резистор 14 и ключ 15, зашунтированные диодом 13, включенным в обратном направлении, соединен с положительным выходом источника 11 посто нного напр жени , зашунтированного конденсатором 12. Управл ющий вход ключа 15 через формирователь импульсов 16 соединен с выходом ШИМ 10. Транзистор 1 зашунтирован тиристором 17, управл ющий вход которого через дополнительный токоограничительный элемент 18 соединен с положительным выходом источника 11. Указанное выполнение устройства обеспечивает включение транзистора 1 при малом коллекторно-эмиттерном напр жении, равном остаточному напр жению на открытом тиристоре 1. Это позвол ет снизить динамические потери мощности в тиристоре при его включении, исключить динамические потери на включение основного транзистора, а также использовать транзистор 1 при коллекторном токе, близком по значению к предельно допустимому. 2 ил.

Description

щи и вход которого через дополнительный токоограничительный элемент 18 соединен с положительным выходом источника 11, Указанное выполнение устройства обеспечивает включение транзистора 1 при малом коллекторно-эмиттерном напр жении, равном остаточному напр жению на открытом

тиристоре. Это позвол ет снизить динамические потери мощности в тиристоре при его включении, исключить динамические потери на включение основного транзистора, а также использовать транзистор 1 при коллекторном токе, близком по значению к предельно допустимому. 2 ил.

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к преобразовател м посто нного напр жени , и может быть использовано в качестве силового ключа в высокочастотных преобразовательных устройствах различного назначени .

Цель изобретени  - повышение надежности и расширение диапазона нагрузочной способности.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого регул тора; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.

Регул тор содержит последовательно соединенные основной 1 и вспомогательный 2 транзисторы, LCD-сглаживающий фильтр 3, диод 4, шунтирующий в обратном направлении вход LCD-фильтра, выходные выводы 5 и 6, к которым подключена нагрузка 7, и входные выводы 8 и 9, к которым подключен источник входного напр жени  Е. Цепь управлени  вспомогательным транзистором 2 соединена с вь1ходом широтно- импульсного модул тора 10. Цепь управлени  основного (высоковольтного) транзистора 1 состоит из последовательно соединенных вспомогательного источника 11 посто нного напр жени , шунтированного конденсатором 12, обеспечивающим двухстороннюю проводимость источника 11, обратно включенного диода 13, имеющего точку соединени  с токоограничитель- ным резистором 14, последовательно с которым включен ключ 15, управл ющий вход которого подключен к выходу широт- но-импульсного модул тора 10 через формирователь 16 импульсов. Основной транзистор 1 шунтирован тиристором 17, управл юща  цепь крторого через токоограничительный элемент 18, состо щий из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, подключена к положительному полюсу источника 11 посто нного напр жени .

Устройство работает следующим образом .

До момента времени to (фиг. 2а) основной 1 и вспомогательный 2 транзисторы, тиристор 17 закрыты. Ключ 15 под действием сигнала с выхода фор у1ировател  16 находитс  в разомкнутом состо нии. При этом ток нагрузки под действием энергии, накопленной в индуктивности фильтра L, замыкаетс  через обратный диод 4. В момент времени to выходной сигнал широтно-им- пульсного модул тора 10 отпирает транзистор 2 и переводит его з режим глубокого насыщени  (рис. 2а). Транзистор 1 и тиристор 17 при этом остаютс  закрытыми, поэтому включение транзистора 2 происходит практически при нулевом коллекторном токе , вследствие чего мощность потерь при включении близка к нулю.

После насыщени  транзистора 2 замыкаетс  цепь: положительный полюс источника 11 питани , токоограничивающий элемент 18, управл ющий электрод тиристора 17, катод тиристора 17, транзистор 2,

отрицательный полюс источника 11 питани . Величина тока управлени  тиристора 17 определ етс  величиной резистора то- коограничивающего элемента 18, а момент включени  тиристора 17 фиксируетс  пробоем стабилитрона, вход щего в элемент 18. После включени  тиристора 17 ток нагрузки из цепи диода 4 переходит в цепь тиристора 17 и транзистора 2, уменьша сь до нул  по величине. В течение времени восстановлени  запирающих свойств диода 4 от источника питани  Е через диод 4, тиристор 17 и транзистор 2 протекает сквозной ток. Однако , вследствие того, что к моменту отпирани  тиристора 17 транзистор 2 находилс  в

режиме глубокого насыщени , практически вс  мощность динамических потерь, обусловленна  сквозным током и током нагрузки , локализована в тиристоре, который по сравнению с транзистором,обладает значитёльно большей нагрузочной способностью.

Через интервал времени, достаточный

дл  восстановлени  запирающих свойств

диода 4, в момент ti (рис. 26) формирователь

вырабатывает управл ющий импульс на замыкание ключа 15. При этом от источника 11 посто нного напр жени  через ключ 15, токоограничительный резистор 14 и открытый транзистор 2 в базу основного транзистора 1.поступает отпиракэщий импульс базового

тока, перевод щий транзистор 1 в режим насыщени . При этом анодный ток тиристора 17, равный току нагрузки, переходит в коллекторную цепь транзистора 1 и тиристор 17 выключаетс . Так как к моменту от- пирани  транзистора 1 тиристор 17 находитс  Б провод щем состо нии, то включен11е основного (высоковольтного) транзистора 1 происходит при малом кол- лекторно-эмиттерном напр жении, равном остаточному напр жению на открытом тиристоре , что способствует снижению динамических потерь мощности в тиристоре при его включении. Это обсто тельство позвол ет использовать транзистор 1 при коллек- торном токе, близком по значению к предельно допустимому, и тем самым повысить нагрузочную способность импульсного регул тора и его надежность. В интервале времени ti-t2 ток нагрузки регул тора проте- кает через одновременно включенные транзисторы 1 и 2. В момент времени t2 совпадающий с задним фронтом сигнала ши- ротно-импульсного модул тора, происходит выключение вспомогательного транзистора 2 и размыкание ключа 15 (фиг. 2а. б). При атом цепь эмиттера транзистора 1 оказываетс  разомкнутой и начинаетс  процесс рассасывани  1збыточных носителей з коллекторной и базовой област х транзистора 1 током на- грузки, который продолжает протекать через коллекторный переход транзистора А, импульсный диод 13 и конденсатор 12. В результате на этапе выключени  (учитыва  что диод 13 открыт) напр жение на последова- тельно соединенных транзисторах 1 и 2 по величине не превышает напр жени  источника 11 (обычно 5-7 В), вследствие чего уменьшение эмиттерного тока транзистора 1 и коллекторного тока транзистора 2 про- 4 исходит при ма лых.напр жени х, что способствует снижению динамических потерь мощности при выключении, расширению области безопасной работы основного транзистора ввиду уменьшени  веро тно- 4 сти обратно-смещенного вторичного пробо  и повышению надежности регул тора. В интервале времени ta-ta транзисторы 1 и 2. а также тиристор 17 закрыты, а ключ 15 - разомкнут. При этом ток дроссел  L 5 замыкаетс  через диод 4. В момент времени t3, совпадающий с передним фронтом импульса широтно-импульсного модул тора вновь отпираетс  транзистор 2 и процессы в схеме повтор ютс . Регулирование выход- 5 ного напр жени  осуществл етс  изменением длительности открытого и закрытого

состо ни  транзистора 2 под действием сигнала с выхода широтно-импульсного модул тора .

Таким образом, введение тиристора с цепью управлени  параплельно основному транзистору позвол ет исключить динамические потери на включение основного транзистора, которые составл ют 20-30% общей величины динамических потерь. Это приводит к повышению надежности работы основного транзистора за счет формировани  безопасной траектории включени  либо при тех же размерах теплоотвод щих радиаторов к увелмчению нагрузочной способности по току на 2С-.30%.

5 0 5 0

Claims (1)

1. Формула изобретени  Импульсный регул тор посто нного напр жени , содержащий включенную между первым и вторым входными выводами дл  подключени  входного источника напр жени  цепь из последовательно соединенных LCD-фильтра, выход которого соединен с выходными выводами дл  подключени  нагрузки , основного и вспомогательного транзисторов , причем управл ющий вход вспомогательного транзистора соединен с выходом широтно-импульсного модул тора , а управл ющий вход основного транзистора подключен к общей точке соединени  одного вывода токоограничительного резистора с выводом одного из силовых электродов обратно включенного диода, вывод другого силового электрода которого соединен с первым выходом, вспомогательного источника посто нного напр жени  и одной из обкладок конденсатора, друга  обкладка которого соединена с. вторым выходом вспомогательного источника посто нного напр жени  и с вторым входным выводом, отличающийс  тем, что. с целью повышени  надежности и расширени  диапазона нагрузочной способности, другой вывод токоограничительного резистора соединен с первым выходом вспомогательного источника посто нного напр жени  через дополнительно введенный управл емый ключ, управл ющий вход которого соединен с выходом широтно-импульсного модул тора через дополнительно введенный формирователь импульсов, а основной транзистор зашунтирован дополнительно введенным тиристором, управл ющий электрод которого через дополнительно введенный токоограничительный элемент соединён с первым выходом вспомогательного источника посто нного напр жени .

   ifts

   иг.2