SU1749991A1 - Устройство дл управлени силовым транзисторным ключом преобразовател напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при построении импульсных преобразователей с пр мым включением диода. Цель изобретени  - повышение надежности при расширении рабочих импульсов по длительности, При включении управл ющего ключа 8 замыкаетс  цепь разр да накопительного конденсатора 7 через дополнительную обмотку трансформатора тока 3, формиру  пусковой импульс, при этом на базу транзистора 4 подаетс  запирающее напр жение. После выключени  ключа 1 открываетс  блокирующий транзистор 4, шунтирующий управл ющий переход ключа 1. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано при построении импульсных преобразователей с пр мым включением диода.

Известен преобразователь посто нного напр жени , содержащий силовой транзистор , силова  цепь которого через обмотку выходного трансформатора присоединена к входным выводам, а управл ющий переход подключен к цепи положительной обратной св зи и блоку форсированного запирани , включающему конденсатор и дополнительную трансформаторную обмотку, подключенную через диод к входу вспомогательного транзистора, один из электродов которого образует выход указанного блока, а другой через конденсатор подключен к одному из входных выводов.

Однако, известный преобразователь имеет два существенных недостатка:

- низкий КПД, в особенности при работе на высоких входных напр жени х, поскольку весь базовый ток силового транзистора потребл етс  непосредственно от входной сети , а коэффициент усилени  по току высоковольтных транзисторов, как правило, не превышает 10-20, а чаще находитс  в интервале 5-10;

- выключение силового транзистора производитс  форсированно, без паузы на рассасывание зар да базы, что приводит к увеличению коммутационных потерь на выключение и снижению надежности его в работе .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство управлени  силовым транзисторным ключом , содержащее управл ющий ключ и блокирующий транзистор, соединенный эмиттером с эмиттером, а коллектором с базой силового ключа, вольтоограничитель- ный элемент, соединенный одним выводом с базой блокирующего транзистора, выпр мительный диод и узел подзар да(св занный с источником посто ннопУнэпр жени ), подсоединенные к первому выводу накопительШЯД

§

о о

рого конденсатора, второй вывод которого соединен с базой силового ключа, и трансформатор тока.

Первична  обмотка трансформатора то- кй включена в силовую цепь транзисторного ключа, вторична  обмотка соединена первым выводом с общей точкой эмиттеров блокирующего и силового транзисторов, а вторым - с базой последнего. Дополнительна  обмотка трансформатора тока последовательно с управл ющим ключом включена между выводами накопительного конденсатора .

В этом устройстве накопительный конденсатор через свой выпр мительный диод подсоединен с первому выводу вторичной обмотки трансформатора тока, а вход воль- тоограничительного элемента св зан с первым выводом накопительного конденсатора непосредственно или через форсирующий резистор.

Это устройство надежно работает в преобразовател х , с так называемым релейным регулированием, когда длительность рабочего импульса посто нна или мало измен ете  . Основной недостаток, присущий релейному регулированию - принципиально переменна  рабоча  частота преобразовани  при малых нагрузках, заход ща  в звуковой диапазон. От этого недостатка свободны ШИМ-структуры, примен емые как в преобразовател х с пр мым включением диода , так и в преобразовател х с дросселем- накопителем.

В преобразовател х первой группы и при ШИМ-регулировании в области непрерывных токов длительность рабочих импульсов измен етс  незначительно. Однако при уменьшении нагрузки и переходе в режим прерывистых токов длительность рабочих импульсов становитс  пропорциональной величине нагрузки и стремитс  к нулю (реально, к малой величине) вместе с величиной нагрузки.

При снижении нагрузки ниже некоторой критической величины напр жение на накопительном конденсаторе известного устройства из-за уменьшени  энергии зар да окажетс  недостаточным дл  открывани  вольтограничительной цепочки, что приводит к отказу блокировки силового транзисторного ключа и к уменьшению энергии запуска. В лучшем случае это приведет к выключению преобразовател  (при отказе запуска), а более веро тно к ложным срабатывани м силового ключа с последующим его выходом из стро .

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и обеспечение оптимизации режима управлени .

Дл  достижени  поставленной цели в устройство управлени  силовым транзисторным ключом преобразовател  напр жени , выполненного по схеме с пр мым

включением диода во вторичной обмотке силового трансформатора, содержащее трансформатор тока, первична  обмотка которого предназначена дл  включени  последовательно в силовую цепь транзи0 сторного ключа, дл  подключени  параллельно управл ющему переходу которого предназначена вторична  обмотка трансформатора тока, первый вывод которой соединен с коллектором блокирующего

5 транзистора, база которого соединена с первым выводом вольтограничительного элемента, коллектор блокирующего транзистора через включенные последовательно дополнительную обмотку трансформатора

0 тока и управл ющий ключ соединен с пер- вым выводом первого узла подзар да, второй вывод которого соединен с первым выводом диода, первым выводом накопительного конденсатора и первым выводом

5 второго узла подзар да, второй вывод которого предназначен дл  подключени  к первому выводу источника напр жени , дл  подключени  к второму выводу которого предназначен второй вывод накопительно0 го конденсаторг, соединенный с коллектором блокирующего транзистора, введены второй диод, блокирующий конденсатор и дополнительна  обмотка силового трансформатора , первична  обмотка которого

5 включена последовательно в силовую цепь транзисторного ключа, первый вывод дополнительной обмотки соединен с вторым выводом первого диода, а второй вывод - с коллектором блокирующего транзистора,

0 эмиттер которого соединен с вторым выводом второго диода, первый вывод которого соединен с вторым выводом вольтограничительного элемента и первым выводом блокирующего конденсатора, второй вывод

5 которого соединен с первым выводом первого узла подзар да.

На чертеже представлена электрическа  принципиальна  схема предлагаемого устройства управлени .

0 На схеме показаны элементы преобразовател  - силовой транзисторный ключ 1, подсоедин ющий первичную обмотку силового трансформатора 2 к входным питающим шинам.

5 Устройство управлени  транзисторным ключом 1 содержит трансформатор тока 31-3з, первична  обмотка которого включена в силовую цепь ключа, а вторична  - в его эмиттерную цепь, блокирующий транзистор 4, шунтирующий база-эмиттерный переход ключа, вольтограничительный элемент 5 (стабилитрон или цепочка диодов ), включенный между базой блокирующего транзистора 4 и первым выводом блокирующего конденсатора б, накопитель- ный конденсатор 7 и управл ющий ключ 8, в цепь которого последовательно включена дополнительна  обмотка Зз трансформатора тока. Первый вывод блокирующего конденсатора 6 через диод 9 подсоединен к точке соединени  вторичной обмотки 32 с эмиттером силового ключа 1, Первый вывод накопительного конденсатора 7 через диод 10 соединен с дополнительной обмоткой силового трансформатора 2. Диод 10 и допол- нительна  обмотка силового трансформатора 2 образуют первый узел подзар да. Второй вывод дополнительной обмотки силового трансформатора 2 соединен с базой силового ключа 1. Второй вывод конденсатора 7 соединен с базой силового ключа 1. Накопительный конденсатор 7 зашунтирован последовательной цепью из ключа 8 и дополнительной обмотки Зз. Второй вывод блокирующего конденсатора б св зан с пер- вым выводом накопительного конденсатора 7. К первому выводу конденсатора 7 подключен узел 11 подзар да (в простейшем случае это резистор), св занный с источником посто нного напр жени , например входной шиной.

В варианте реализации схема может содержать элементы форсировки: конденсатор 12 и/или резистор 13 (на чертеже показаны пунктиром), В этом случае кон- денсатором 12 шунтируетс  вольтограничительный элемент 5, а через резистор 13 осуществл етс  св зь цепи обмотка Зз - ключ 8 и выхода блокирующего конденсатора 6 с первым выводом накопительного кон- денсатора 7,

В качестве управл ющего ключа 8 на схеме показан блокинг-генератор 14с резистором запуска 15 и управл ющим оптро- ном 16. Срабатывание такого ключа происходит при обесточивании его оптрона 16 за счет тока, протекающего через резистор 15.

Устройство работает следующим образом .

При включении управл ющего ключа 8 замыкаетс  цепь разр да накопительного конденсатора 7 через обмотку Зз трансформатора тока, формиру  пусковой импульс, и одновременно через блокирующий конден- сатор 6 (и форсирующзий конденсатор 12 при его наличии) на базу блокирующего транзистора 4 подаетс  запирающее напр жение . Ключ 1 замыкаетс  и поддерживаетс  в замкнутом состо нии по цепи токовой

обратной св зи (обмотка 32). После выключени  ключа 1 (например, по насыщению трансформатора тока) напр жение на трансформаторе тока измен ет знак, а его намагничивающий ток, спада , зар жает блокирующий конденсатор 6 до напр жени , определ емого пороговым напр жением вольтограничительного элемента 5. При этом открываетс  база-коллекторный переход блокирующего транзистора 4 и последний шунтирует база-змиттерный переход ключа 1, блокиру  его. После выключени  силового ключа 1 начинаетс  подъем коллекторного напр жени  на нем и после превышени  им уровн  напр жени  питани  начинаетс  зар д накопительного конденсатора 7, завершающийс  при достижении напр жением на ключе напр жени  отсечки (обычно двойно напр жение питани ). Далее процесс повтор етс .

В предлагаемом решении функции блокировки и запуска разделены: оттранс- форматора тока зар жаетс  только блокирующий конденсатор б, емкость которого может быть выбрана достаточно малой дл  того, чтобы обеспечить его перезар д при минимально возможной длительности рабочего импульса. Накопительный конденсатор 7, обеспечивающий запуск (включение ключа 1), зар жаетс  непосредственно от обмотки силового трансформатора 2 при обратном ходе (выключение ключа 1), ис- пользут энергию намагничивани  силового трансформатора. Так как обратное напр жение на ключе 1 всегда ограничиваетс  (например, размагничивающей обмоткой), то энерги  зар да накопительного конденсатора 7 (напр жение на нем) оказываетс  не завис щей от нагрузки. Кроме того, доступна  дл  запуска энерги  в этом случае во много раз больше, чем в случае его зар да от трансформатора тока. Стабильность энергии запуска и ее уровень позвол ют обеспечивать надежный запуск силового ключа 1 во всех режимах работы и, кроме того, повысить его порог срабатывани , что также резко повышает надежность преобразовател , защища  его от ложных срабатываний по различных помехам.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  силовым транзисторным ключом преобразовател  напр жени , содержащее tpaнcфopмaтop тока, первична  обмотка которого предназначена дл  включени  последовательно в силовую цепь транзисторного ключа, дл  подключени  параллельно управл ющему переходу которого предназначена вторична  обмотка трансформатора тока, первый

   вывод которой соединен с коллектором блокирующего транзистора, база которого соединена с первым выводом вольтогра- иичительного элемента, коллектор блокирующего транзистора через включенные последовательно дополнительную обмотку трансформатора тока и управл ющий ключ соединен с первым выводом первого узла подзар да, второй вывод которого соединен с первым выводом первого диода, первым выводом накопительного конденсатора и первым выводом второго узла подзар да , второй вывод которого предназначен дл  подключени  к первому выводу источника напр жени , дл  подключени  к второму выводу которого предназначен второй вывод накопительного конденсатора, соединенный с коллектором блокирующего

   транзистора, отличающеес  тем.что, с целью повышени  надежности при расширении диапазона рабочих импульсов по длительности , в него введены второй диод,

   блокирующий конденсатор и трансформатор напр жени , первична  обмотка которого предназначена дл  включени  последовательно в силовую цепь транзисторного ключа, первый вывод вторичной

   обмртки соединен с вторым выводом первого диода, а второй вывод - с коллектором блокирующего транзистора, эмиттер через второй диод соединен с вторым выводом вольтограничительного элемента, соединенным с первым выводом блокирующего конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом первого узла под- зар да.