SU1707706A1 - Устройство дл управлени силовым транзистором - Google Patents

Abstract

Изобретение Относитс  к импульсной технике н может быть использовано при разработке вторичны источников питаний переключаемого типа. Целью изобретени   вл етс  повышение надежности при расширении диапазона рабочих импульсов по длительности. При отпирании ключа 8 конденсатор 6 разр жаетс  на обмотку 2з трансформатора , что приводит к отпиранию транзистора 1. Транзистор I поддерживаетс  в открытом состо нии за счет протекани  тока через обмотку 2. После запирани  транзистора I энерги  размагничивани  трансформатора зар жает конденсаторы б и 9 через диоды 7 н 11. Транзистор 5 при этом шунтирует управл ющий переход транзистора 1. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Description

(Л

с

vj

о

D С5

Фиг.1

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано при разработке вторичных источников питани  (ВИП) переключательного типа.

Известно устройство дл  управлени  силовым транзистором в статическом преобразователе , которое функционирует с минимальным потреблением энергии.

Однако в силу принципиальных особенностей схемного решени  применение этого устройства ограничено двухтактными преобразовател ми , в которых два силовых ключа управл ютс  от общего трансформатора, причем коммутаци  ключей осуществл етс  закорачиванием двух обмоток этого трансформатора . Другой недостаток известного устройства св зан с необходимостью дл  начального запуска формировать специальный запускающий импульс с помощью внешнего источника энергии (блок 5/). Кроме того, из-за недостаточной надежности переключени  при значении скважности Q много более 4, возможности регулировани  (по диапазону нагрузок и входных напр жений) существенно ограничены.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  устройство дл  управлени  силовым транзистором импульсного преобразовател  напр жени , содержащее трансформатор тока, имеющий дополнительную обмотку, накопительный конденсатор с узлом подзар да от источника посто нного напр жени , подключенный через выпр мительный диод к первому выводу вторичной обмотки трансформатора тока, управл ющий ключ, в цепь которого последовательно включена допблнительна  обмотка этого трансформатора, блокирующий транзистор и вольтоограннчительный элемент.

Накопительный конденсатор зашунти- рован последовательной цепочкой из дополнительной обмотки трансформатора тока и управл ющего ключа. Через эту же цепочку первый вывод вольтоограннчительного элемента соединен с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, его второй вывод соединен с базой блокирующего транзистора. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора тока, второй вывод накопительного конденсатора и коллектор блокирующего транзистора соединены с базой силового транзистора. Эмиттер блокирующего транзистора соединен с эмиттером силового транзистора, а их обща  точка соединена с первым выводом вторичной об- моткн.

Это устройство обеспечивает достаточно высокую надежность в релейных режимах регулировани , т. е. при посто нной или близкой к посто нной длительности рабочего импульса. Однако в преобразовател х с ШИМ-структурой регулировани , т. е. при переменной длительности рабочего импуль- а, это устройство управлени  может при

вести к ложным срабатывани м силового транзистора. Действительно, при уменьшении длительности рабочего импульса /„ уровень напр жени  накопительного конден5 сатора может оказатьс  ниже порогового напр жени  вольтоограйнчительного элемента , в результате чего база-коллекторный переход блокирующего транзистора останетс  закрытым. В результате отсутстви 

10 блокировки по вл етс  возможность повторного (ложного) срабатывани  силового ключа, например из-за коммутационных помех после закрывани  силового транзистора .

1S Цель изобретени  - повышение надежности управлени  при расширении лиапа- зона рабочих импульсов по длительности - достигаетс  тем, что в устройство управле- ни  силовым транзистором, содержащее трансформатор тока, первична  обмотка

20 которого предназначена дл  -последовательного включени  в силовую цепь силового транзистора, дл  подключени  к базе которого предназначены первые выводы вторичной и дополнительной обмоток трансформа 25 тора тока, второй вывод дополнительной обмотки трансформатора тока соединен с первым выводом управл ющего ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом первого узла подзар ла, второй вывод которого соединен с первым выводом второго

30 узла подзар да, второй вывод которого предназначен дл  подключени  к первому выводу источника напр жени , дл  подключени  к второму выводу которого предназначен первый вывод накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с первым

35 выводом первого выпр мительного диода, второй вывод которого соединен с вторим выводом вторичной обмотки трансформатора тока, первый вывод которой соединен с,первым выводом накопительного конден40 сатора и коллектором блокирующего транзистора , введены токоограничительный элемент , блокирующий конденсатор, второй выпр мительный диод, запирающий диод и компенсирующий диод, второй вывод которого предназначен дл  подключени  к эмит45 теру силового транзистора, а первый вывод соединен с вторыми выводами первого и второго выпр мительных диодов и первым выводом запирающего диода, второй вывод . Которого соединен с эмиттером блокирующего транзистора, база которого соединена с первым выводом токоограничительного элемента, второй вывод которого соединен с первым выводом второго выпр мительного диода и первым выводом блокирующего конденсатора, второй вывод которого соеди5 нен с первым выводом первого узла подзар да .

В качестве токоограничителыюго элемента может быть использован резистор. Дл  обеспечени  независимости параметров схемы от входного напр жени  силового

транзистора токоограннчительный элемент выполн етс  на генераторе тока с гадающим резистором.

В варианте выполнени  юкоограничи- тельного элемента на генераторе тока в него может быть введен диод отсечки, первый вывод которого соединен с первым выводом второго выпр мительного диода, а второй вывод - с коллектором блокирующего транзистора .

На фиг I приведена электрическа  схема устройства управлени  в варианте выполнени  токоограннчительного элемента на резисторе; на фиг. 2 - то же, на генераторе тока; на фиг. 3 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства, где обозначени  в скобках даны дл  схемы по фиг. 2.

Устройство управлени  транзисторным ключом I (фиг. I) содержит трансформатор 2 тока, первична  обмотка 2.1 которого включена в силовую цепь ключа I, а вторична  обмотка 2.2 одним выводом подключена через компенсирующий диод 3 к эмиттеру силового ключа I. а через запирающий диод 4 - к эмиттеру блокирующего транзистора 5 устройства. Первый вывод обмотки 2.2 соединен с базой транзистора I. Накопительный конденсатор 6 первым выводом соединен через выпр мительный диод 7 с вторым выводом обмотки 2.2, а вторым - с базой транзистора I. Вторична  обмотка 2.2 и выпр мительный диод 7 образуют первый узел подзар да. Конденсатор 6 зашунтиро- ван цепью из последовательно соединенных управл ющего ключа 8 с дополнительной обмоткой 2.3 (в приведенном варианте реализации обмотка 2.3 показана со стороны св зи конденсатора 6 с базой силового транзистора 1). С вторым выводом накопительного конденсатора 6 св зан блокирующий конденсатор 9. другой вывод которого через токоограничйтелышй резистор 10 соединен с базой блокирующего транзистора 5 и через выпр мительный диод I 1 с вторым выводом обмотки 2.2 Коллектор блокирующего транзистора 5 подключен к базе силового транзистора I Учел 12 подзар да предназначен дл  подпитки накопительного конденсатора 6 и нужен в основном дл  первого пуска ключа 8 после включени  устройства.

В схеме, показанной на фиг 2, токпогра- ничительный элемент 10 выполнен на генераторе тока (с реализацией на транзисторе с диодом подпора в базовой пени) и задающем резисторе

Пунктиром на обеих схемах показаны элементы форсировани  включени  - конденсатор 13 (ни нтирующпй цепь «(Элемент 10 - конденсатор П) и резне юр N (включенный в пень управл ющею ключа 8 со стороны выпр мительных диодов).

Устройство управлени  с реализацией по фиг. 2 может дополнительно содержать диод 15 отсечки, включенный мгжду вход ным выводом резистора р.итчитсльното элемента 10 и базой спитого транзит- тора I. а также цепь подпитки, обр  шпмн- ную резисторами 16. 17, св занными с источником посто нного напр жени  U..,.t, свободные выводы которых подсоединены в блоке 10 к входному выводу задающего резистора и к общей точке диода подпора с транзистором (показано пунктиром)

Узел 12 подзар да предназначен дл 

подпитки накопительного конденсатора 6 и нужен в основном дл  первого пуска ключа 8 после включени  устройства. В приведенной на с.хеме реализации он содержит конденсатор в последовательном соединении

с резистором и диод, подключающий их общую точку к второму выводу конденсатора 6. В простейшем случае он может быть реализован только на резисторе

В качестве управл ющего ключа 8 может быть использован триггерный ключ на ком0 плементарных транзисторах, управл емый оптроном, либо блокинг-генератор с оптрон- ным или трансформаторным запуском.

Емкость конденсатора 9 выбираетс  в несколько раз меньше емкости конденсатора б

1 (например, на пор док).

Устройство работает следующим образом

Запуск транзистора I осуществл етс  кратковременным замыканием управл ющего ключа 8. При этом конденсатор 6 разр -

0 жаетс  (эпюра t/« на фиг. 3) через дополнительную обмотку 2.3 до величины UK, (ЦкГ - сумма падений напр жений на обмотке 2.3 и на открытом ключе 8). Импульс тока поступает в эмиттсриую цепь силового транзистора I (эпюра I) с одновременным

5 сн тием блокировки. Блокирующий транзистор 5 заперт при отсутствии базового тока (эпюра IV).

При наличии форсирующих элементов 13 и 14 задаетс  длительность запускающего

0 импульса (T RI4Cf) и обеспечиваетс  форсированное запирание транзистора 5 при запуске силового ключа. Далее открытое состо ние ключа I поддерживаетс  за счет положительной токовой обратной св зи (обмотка 2.1). Длительность включенного состо ни  /„ силового ключа I ограничиваетс  в силовой цепи известными методами.

После выключени  (фиг 3.1, момент /i) силового транзистора I в результате спада тока в его силовой цепи напр жение на обмотке 2.2. мен ет знак, открыва  выпр мительные диоды 7 и II. и энерги  размагничивани  трансформатора 2 зар жает конденсаторы 6 и 9 (фиг. 3, II, III).

После зар да конденсатора Ч до напр жени  открытого база-коллекторного пере5 хода транзистора 5 (по фиг 2 до напр жени  двух переходов: база-э.ммпернын транзистора и диодный элемента |П| открываетс  транзистор 5. Ток через дно ч II разветвл етс : частью замыкаетс  чсре i токоогра- ннчнтельный элемент 10 на второй конец

0

обмотки 2.2, а частью продолжает идти на .ьтр д конденсатора 9.

Инверсному включению транзистора 5 (после по влени  тока в его базе) преп тствует диод 4 Это приводит к тому, что ток размагничивани  трансформатора 2 не шунтируетс  эмиттер-коллекторным переходом транзистора 5, а протекает до полного спа- дани  в ноль, зар жа  конденсаторы 6 и 9 через диоды 7 и 11. Таким образом, энерги  размагничивани  используетс  полностью дл  последующего запуска силового транзистора I.

В паузах между срабатывани ми силового транзистора происходит разр д конденсатора 9 током базы транзистора 5 (на фиг. 2 эмиттерным током транзистора элемента 10, т е также током базы транзистора 5). Это обеспечивает блокирование база-эмиттерного перехода силового транзистора 1 открытым эмиттер-коллекторным переходом транзистора 5. i/

Наличие блокирующего конденсатора 9 (в последовательном включении с конденсатором 6) позвол ет разделить процессы накоплени  энергии (в конденсаторе 6) дл  последующего запуска силового транзистора 1 и получени  энергии (от конденсатора 9) дл  создани  и поддержани  его блокировки . Это предотвращает ложные срабатывани  силового транзистора I от импульсных помех при перекоммутаци х тока в силовых цеп х преобразовател .

В варианте выполнени  токоограничи- тельного элемента 10 по фиг. 2 схема приоб- ретает дополнительные преимущества: она- менее критична к выбору параметров и режимов работы.

Дл  надежной работы блокирующего транзистора 5 (фиг. 1) (блокировани  силового транзистора 1 во врем  паузы и запирани  на врем  рабочего импульса /,) перепад напр жени  на базе транзистора 5 (At/es) должен превышать напр жение база- эмиттерного перехода силового транзистора (Ut,). (Уц, в зависимости от тока нагрузки (тока силового транзистора I) равно В.

Выражение дл  перепада напр жени  на базе транзистора 5 (фиг. I) имеет вид

Al/e5(/, e +ат/Ц -е-&)-l/WT. где и„ - падение напр жени  на диодном

переходе;

1Я - длительность паузы; т - посто нна  времени разр да конденсатора 9, равна  RIOC9; напр жение на первом выводе накопительного конденсатора 6 (после окончани  зар да током размагничивани ).

По аналогии дл  варианта по фиг. 2 вы ражение дл  перехода напр жени  на эмиттере транзистора элемента 10 запишетс , как

А (/, -2U, +а 7/Г( I -/IV Наст Дл  надежной работы блокирующего транзистора (надежного запирани  транзистора элемента 10 во врем  рабочего импульса и отпирани  его во врем  паузы)

достаточно выполнени  услови : Д/У, 0,fi В, При наличии элемента 16, и„г подпитки (стабилизирующих напр жение базы транзистора элемента 10) достаточно величины А Ц 0,3 В

Очевидно, что это условие может быть обеспечено дл  всех режимов работы и параметров элементов устройства.

В рассматриваемой схеме отрицательный потенциал, форсированно запирающий транзистор элемента 10 и блокирующий транзистор 5, может быть зафиксирован диодом 15 отсечки на уровне минус одного диодного перехода, и тогда измен етс  только за счет тока подпитки при наличии цепи резистор 17-(Ли, обеспечивающей дополни0 тельную защиту от внешних помех между срабатывани ми силового транзистора . I. Ток подпитки задаетс  достаточно малым - из услови , что потенциал в точке соединени  блокирующего конденсатора 9 и задаюg шего резистора элемента 10 за врем  самого длительного импульса „ не должен превышать потенциал открывани  база-эмиттерного перехода транзистора и диода токо- ограничительного элемента 10, т. е. потенциала плюс двух диодных переходов.

0 Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает надежное управление не только при использовании в схемах с релейным регулированием, но и в схемах с переменной длительностью рабочего импульса (например , в преобразовател х с широтно-импульс5 ным регулированием) при сохранении всех других преимуществ по диапазону входных напр жени  и нагрузок, массогабаритных показателей. Кроме того, имеетс  возможность получени  сгибкой (по отношению

0 к параметрам) структуры - не требует особого подбора ни элементов, ни режимов при построении самого устройства управлени  и нет зависимости их от входного напр жени  силового транзистора

Claims (4)

1. 5Формула изобретени 

   I. Устройство дл  управлени  силовым транзистором, содержащее трансформатор гока, первична  обмотка которого предназначена дл  последовательного включени 

   в силовую иепь силового транзистора, дл  подключени  к базе которого предназначены первые выводы дополнительной и вторичной обмоток трансформатора тока, второй вывод дополнительной обмотки трансформатора

   5 тока соединен с первым выводом управл ющего ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом первого узла поднар да, второй вывод которого соединен с первым выводом второго узла поднар да, второй вывод которого предназначен дл  подключинн  к первому выводу источника напр жени  дл  подключени  к второму выводу которого предназначен первый вывод накопи ельного конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом первого выпр митель- ного диода, второй вывод которого соединен с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, первый вывод которой соединен с первым выводом накопительного конденсатора н коллектором блокирующего транзистора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности при расширении диапазона рабочих импульсов по длительности , введены токоограничнтельный элемент , блокирующий конденсатор, второй выпр мительный диод, запирающий диод и компенсирующий диод, первый вывод которого предназначен дл  подключени  к эмиттеру силового транзистора, а второй вывод соединен с вторым выводом первого и первым выводом второго выпр мительных дио-

   дов и первым выводом запирающего диода. второй вывод которого соединен с эмиттером блокирующего транзистора, база которого соединена с первым выводом гокоограни- чительного элемента, второй вывод которого соединен с вторым1 выводом второго выпр мительного диода и первым выводом блокирующего конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом первого узла подзар да
2. 2. Устройство по п. I. отличающеес  тем, что тохоограничительный элемент выполнен п виде резистора.
3. 3. Устройство по п. I. отличающеес  тем. что токоограннчительный элемент выполнёШ в виде стабилизатора тока.
4. 4. Устройство по п. 3. отличающеес  тем, что в него введен днод отсечки, включенный между вторым выводом второго выпр мительного диода и коллектором блокирующего транзистора.

   « Л 7

   LIV

   Фиг. 2

   и,

   /wnj

   ш

   им

   tyjfty

   илШЈ /7

   t

   i

   э.

   Фие.З