SU1757047A1 - Устройство дл управлени силовым полупроводниковым ключом - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени - при наличии сигнала запирани  на управл ющем входе фазосдвигающего узла 3 состо ние аналогичны выходов счетного триггера 2 и D- триггера 4 различно и ключи с двусторонней проводимостью 7 и 8 обеспечивают формирование на выходной клемме 9 устройства отрицательного импульса напр жени  При наличии сигнала запирани  на управл ющем входе фазосдвигающего узла триггеры работают синфазно и на выходной клемме формируетс  отрицательный импульс напр жени  ФазосдвигающИйузел обеспечивает регулирование фазового сдвига выходного сигнала относительно сигнала, поступающего на его вход с выхода генератора 1 импульсов 4 ил. Ё VI СЛ 1 О 4 М Фиг.1

Description

Изобретение относитс  к преобрззова- тельной технике и может быть использовано дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом, в частности транзистором, в высокочастотных полупроводниковых преобразовател х.

Известен транзисторный ключ, содержащий основной транзистор и блок управлени  с входным трансформатором, обеспечивающим гальваническую разв зку,

Недостатком устройства  вл етс  работа основного трансформатора с подмагни- чиванием, что ухудшает массогабаритные показатели транзисторного ключа.

Известно устройство управлени  силовым транзистором, содержащее основной и вспомогательный генераторы пр моугольных импульсов, св занные между собой фа- зосдвигающим узлом , основной и вспомогательный согласующие трансформаторы , первичные обмотки которых подключены к соответствующим генераторам.

Недостатком устройства  вл етс  узкий диапазон регулировани . В устройстве импульс отпирающего напр жени  формируетс  тогда, когда выходное напр жение обоих генераторов положительно. В противном случае устройство формирует запирающее напр жение, прикладываемое к управл ющему переходу транзистора. Таким образом ширина импульса отпирающего напр жени  не может быть больше половины периода работы генераторов, а Значит, управление длительностью открытого состо ни  силового транзистора ограничено .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  управлени  силовым, транзисторным ключом, содержащее генератор импульсов, основной трансформатор, вторична  обмотка которого выполнена со средним выводом , использованным в качестве первой выходной клеммы устройства, два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы которых соединены с соответствующими крайними выводами вторичной обмотки основного трансформатора, а вторые выводы объединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства , и дополнительный трансформатор, две вторичные обмотки которого соединены с управл ющими входами ключей с двусторонней проводимостью.

Недостатками известного устройства  вл ютс  ограниченный частотный диапазон формируемых импульсов и низка  надежность функционировани . В известном устройстве используютс  ключи с двусторонней проводимостью на тиристорах с ог-

раниченной частотой переключени  пор дка единиц кГц, Применение полностью управл емых ключей с двусторонней проводимостью в известном устройстве невозможно , так как используемый в устройстве селектор длительности импульсов формирует узкие импульсы управлени  только дл  включени  соответствующих тиристоров . Кроме того, при несогласованно0 сти импульса управлени  силовым транзистором с частотой генератора импульсов задержка фронтов формируемого устройством импульса управлени  силовым транзистором не определена, что вызывает

5 неопределенность моментов переключени - силового ключа, котора  может вызывать сбои в работе преобразовател .

Целью изобретени   вл етс  расширение частотного диапазона и повышение на0 дежности функционировани .

В устройство дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом, содержащее генератор импульсов, основной трансформатор , вторична  обмотка которого выпол5 нена со средним выводом, использованным в качестве первой выходной клеммы устройства , два ключа с двусторонней проводимостью , первые выводы которых соединены с соответствующими крайними выводами

0 вторичной обмотки основного трансформатора , а вторые выводы обьединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства, и дополнительный трансформатор, две вторичные обмотки ко5 торого соединены с управл ющими входами ключей с двусторонней проводимостью, введены фазосдвигающий узел, D-триггер и счетный триггер, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов,

0 пр мой и инверсный выходы соединены с выводами первичной обмотки основного трансформатора, а пр мой выход соединен с установочным входом D-триггера , тактовый вход которого соединен с выходом ге5 нератора импульсов через фазосдвигающий узел, вход задани  фазового сдвига которого использован в качестве входа устройства, причем пр мой и инверсный выходы D-триггера соединены с выводами первичной об0 мотки дополнительного трансформатора, а ключи с двусторонней проводимостью выполнены полностью управл емыми.

На фиг. 1 представлена электрическа  принципиальна  схема устройства дл  уп5 равлени  силовым полупроводниковым ключом, в частности транзисторным; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие принцип работы устройства; на фиг. 3 - электрическа  принципиальна  схема фа- зосдвигающего узла; на фиг. 4 - временные

диаграммы, по сн ющие принцип работы фазосдвигающего узла

Устройство дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом, в частности транзисторным (фиг, 1), содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к тактовому входу счетного триггера 2, а через фазосдвигающий узел 3 - к тактовому входу D-триггера 4,основной трансформатор 5, средний вывод вторичной обмотки которого образует первую выходную клемму б устройства , полностью управл емые ключи с двусторонней проводимостью 7 и 8, первые выводы которых подключены к выводам вто- ричной обмотки основного трансформатора 5, а вторичные выводы объединены и образуют вторую выходную клемму 9 устройства , дополнительный трансформатор 10, первична  обмотка которого подключена к выходам D-триггера 4, а две вторичные обмотки 11 и 12 соединены с управл ющими входами ключей с двусторонней проводимостью 7 и 8 соответственно.

На временных диаграммах (фиг. 2), по сн ющих принцип работы устройства, представлены выходной сигнал 13 генератора 1 импульсов, сигнал 14 на пр мом выходе счетного триггера 2, выходной сигнал

15фазосдвигающего устройства 3, сигнал

16на пр мом выходе D-триггера 4, форма

17напр жени  на вторичной обмотке основного трансформатора 5, напр жение 18 на вторичной обмотке 11 дополнительного трансформатора Ю, напр жение 19 на вторичной обмотке 12 дополнительного трансформатора 10. напр жение 20 на выходе устройства.

Фазосдвигающий узел (фиг 3) содержит компаратор 21, выход 22 которого  вл етс  выходом фазосдвигающего узла, а инвертирующий вход 23  вл етс  входом задани  фазового сдвига генератор пилообразного напр жени  на транзисторах 24 и 25, резисторах 26 и 27 и конденсаторе 28, тактовый вход 29 которого  вл етс  входом фазосдвигающего узла, а выход 30 подключен к пр мому входу компаратора 21.

На временных диаграммах (фиг. 4), по сн ющих принцип работы фазосдвигающего узла, представлены входные импульсы фазосдвигающего узла, сигналы 32 на пр мом и инверсном входах компаратора, сигнал 33 на выходе компаратора

Устройство дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом работает следующим образом (фиг 1 и 2)

Частоту fn повторени  импульсов, формируемых устройством управлени  силовым полупроводниковым ключом, задает генератор 1, выходные импульсы 13 которого поступают на вход фазосдвигающего узла

3и тактовый вход счетного триггера 2, последний формирует меандр напр жени  14 с частотой fn/2, которое трансформируетс 

основным трансформатором 5 во вторичную обмотку (фиг. 2, 17). На выходе фазосдвигающего узла 3 формируютс  импульсы 15 передний фронт которых задержан относительно переднего фронта выходных импуль0 сов 13 генератора 1 на врем  Д t (фиг. 2), определ емое заданием фазового сдвига на входе устройства.

D-триггер 4 переключаетс  по переднему фронту импульсов 15 в состо ние, соот5 ветствующее состо нию счетного триггера 2, так как пр мой выход последнего подключен к установочному входу D-триггера 4. Напр жение 16 на пр мом выходе D-триггера

4трансформируетс  дополнительным 0 трансформатором 10 во вторичные обмотки

11 и 12 (напр жени  18 и 19 соответственно ) Положительное напр жение на обмотке 11 переводит ключ с двусторонней проводимостью 7 в замкнутое состо ние, а отрица5 тельное - в разомкнутое Аналогично управл етс  ключ с двусторонней проводимостью 8 напр жением на вторичной обмотке 12

Положительное напр жение 20 на вы0 ходных клеммах 6-9 устройства устанавливаетс  на интервалах времени; когда совпадают состо ни  счетного триггера 2 и D-триггера 4 (фиг. 2, 2 -i 2). На интер- вале ti-t i (фиг. 2) положительный потенци5 ал начала вторичной обмотки основного трансформатора 5 передаетс  выходной клемме 9 через замкнутый ключ с двусторонней проводимостью 7, а на интервале (фиг 2), когда напр жение 17 на вто0 ричной обмотке основного трансформатора

5мен ет знак, положительный потенциал конца вторичной обмотки основного трансформатора 5 передаетс  выходной клемме 9 через замкнутый ключ с двусторонней про5 водимостью 8.

На интервалах времени с различным состо нием счетного триггера 2 и D-триггера 4 (фиг 2, t0-ti; t i-t2), на выходных клеммах 6 и 7 устанавливаетс  отрицательное

0 напр жение 20. На интервале (фиг 2) отрицательный потенциал конца вторичной обмотки основного трансформатора 5 передаетс  к выходной клемме 9 через замкнутый ключ с двусторонней проводимостью 8,

5 а на интервале t i-t2 (фиг 2), когда напр жение 17 на вторичной обмотке основного трансформатора мен ет знак, отрицательный потенциал «начала вторичной обмотки основного трансформатора 5 передаетс  к выходной клемме 9 через замкнутый с

двусторонней, проводимостью 7 Дальше указанный процесс повтор етс 

В устройстве дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом генератор 1 импульсов выполнен на логических интег- ральных микросхемах, счетный триггер 2 и D-триггер 4 имеют выходные усилители тока , что позвол ет подключать непосредственно . к их выходам основной трансформатор 5 и дополнительный транс- форматор 10 соответственно, в качестве которых использовались импульсные трансформаторы МИТ-12. Ключи с двусторонней проводимостью выполнены на транзисторах 2Т908А, включенных в диагонали диодных мостов, собранных на диодах КД212А Фазосдвигающий узел 3 (фиг. 3 и 4) выполнен на компараторе 21 (К554САЗ) и генераторе пилообразного напр жени , собранном на транзисторах 24 (КП103Е), 25 (КТ630Б), резисторах 26, 27 и конденсаторе 28

Принцип работы фазосдвигающего узла 3 заключаетс  в сравнении напр жени  задани  фазового сдвига на входе 23 с пило- образным напр жением на выходе 30, поступающих на входы компаратора 21. Устройство дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом формирует управл ющее напр жение транзисторного ключа КТ847 в преобразователе, работающем на частоте 20 кГц

Устройство дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом позвол ет существенно повысить частоту формируемых импульсов, что дает возможность выбирать тактовую частоту преобразователей в дес тки кГц, снижа  массогабаритные показатели реактивных элементов преобразовател  Кроме того, жестка  св зь между уровнем задани  фразового сдвига на входе устройства и длительностью формируемого отрицательного импульса устран ет возможность сбо  в работе устройства, что повышает надежность его функционировани .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  силовым полупроводниковым ключом, содержащее генератор импульсов, основной трансформатор, вторична  обмотка которого выполнена со средним выводом, использованным в качестве первой выходной клеммы устройства, два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы которых соединены с соответствующими крайними выводами вторичной обмотки основного трансформатора, а вторые выводы объединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства, и дополнительный трансформатор, две вторичные обмотки которого соедт эны с управл ющими входами ключей с двусторонней проводимостью , отличающеес  тем, что, с целью расширени  частотного диапазона и повышени  надежности, введены фазосд- вигающий узел, D-триггер и счетный триггер , тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, пр мой и инверсный выходы соединены с выводами первичной обмотки основного трансформатора , а пр мой выход соединен с установоч ным входом D-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов через Фазосдвигающий узел, вход задани  фазового сдвига которого использован в качестве входа устройства, причем пр мой и инверсный выходы D-триггера соединены с выводами первичной обмотки дополнительного трансформатора, а ключи с двусторонней проводимостью выполнены полностью управл емыми

   JL

   3

   Я

   J3

   JL

   Я

   Я