SU839056A1 - Полупроводниковый переключательТОКА - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроте нике и может найти применение, например , в силовых мостовых преобразовател х на транзисторах дл  управлени  электродвигател ми. Известны полупроводниковые переключатели тока, содержащие силовой транзистор, диоды управлени , генера тор пр моугольного напр жени , управ л н ций транс орматор. с первичной обмоткой и вторичной обмоткой со средней точкой. В таких полупроводниковы переключател х тока управл ющее напр жение на базе силового транзистора создаетс  за счет выпр млени  пр моугольного напр жени  вторичной обмотки управл ющего трансформатора. Величина тока базы силового транзистора выбираетс  из услови  обеспечени  режима насыщени  силового транзистора при максимальном токе нагруз ки и минимальном коэффициенте усилени  и поддерживаетс  посто нной дл  всех режимов работы СП. Это приводит к существенному снижению КПД, что  вл етс  недостатком таких полупроводниковых переключателей тока. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  по-лупроводниковый переключатель тока, содержащий силовой транзистор, коммутирующий трансформатор, имеющий основную обмотку со средней точкой, трансформатор обратной св зи, имеющий одну первичную и две вторичные обмотки, и блок управлени , при этом коллектор силового транзистора подключен к одному КЗ выводов первичной обмотки трансформатора обратной св зи , другой вывод которой подключен через первый силовой диод к одной крайней точке основной обмотки коммутщ )ующего трансформатора, к другой крайней точке которой подключен второй силовой диод, при этом один вывод первой вторичной обмотки трансформатора обратной св зи подключен к эмиттеру силового транзистора, а другой через первый диод управлени  подключен к базе силового транзистора , к которой подключен второй диод управлени  L2, Недостатком такого переключател   вл етс  низка  надежность из-за просадок выпр мленного тока в базовой цепи силового транзистора. Эти просадки обусловлены прохождением пр моугольного напр жени  через ноль. При наличии силового транзистора с высоким быстродействием, а также, если просадка базового тока совпадает с процессом переключени  силового транзистора, последний может перейти из режима насыщени  в активный режим, В этом случае мгнове на  мощность, выдел ема  в силовом транзисторе, может превысить допусти мую, что может привести к выходу сил вого транзистора из стро , Цель изобретени  - увеличение надежности за счет устранени  просадок выпр мленного тока в базовой цепи си лового транзистора. Указанна  цель достигаетс  тем, что полупроводниковый переключатель тока, содержащий силовой транзистор коммутирующий трансформатор, имеющий основную обмотку со средней тачкой, первый трансформатор обратной св зи имеющий одну первичную и две вторичные обмотки, и блок управлени , при этом коллектор силового транзистора подключен к одному из выводов первич ной обмотки первого трансформатора обратной св зи, другой вывод которой Подключен через первый силовой диод к одной крайней точке основной обмотк коммутирующего трансформатора, к дру гой крайней точке которой подключен второй силовой диод, при этом один вывод первой вторичной обмотки первого трансформатора обратной св зи подключен к эмиттеру силового транзистора , а другой через первый диод управлени  подключен к базе силовог транзистора, к которой подключен вт рой диод управлени , снабжен вторым трансформатором обратной св зи с пе вичной и четырьм  вторичными обмотк ми, первый трансформатор обратной св зи снабжен третьей и четвертой дополнительными вторичными обмоткам коммутирующий трансформатор снабжен .дополнительной обмоткой со средней точкой, при этом первична  обмотка 64 второго трансформатора обратной св зи одним выводом подключена ко второму силовому диоду, а другим - к коллектору силового транзистора, перва  вторична  обмотка второго трансформатора обратной св зи подключена одним выводом ко второму диоду управлени , а другим - к эмиттеру силового транзистора , при этом дополнительна  обмотка коммутирующего трансформатора вместе со вторыми, третьими и четвертыми обмотками первого и второго трансформаторов обратной св зи подключены к блоку управлени ; блок управлени  снабжен источником тока, шестью коммутирующими диодами и двум  управл ющими полупроводниковыми ключами , при этом вторые вторичные обмотки трансформаторов обратной св зи совместно с первым и вторым коммутирующими диодами, включенными последовательно с каждой из них, образзтот . две соединенные одними концами с зем л ной шиной блока управлени  параллельные цепи, к которым параллельно подключена внешн   цепь первого управл ющего полупроводникового ключа, третьи вторичные обмотки трансформаторов обратной св зи общей точкой через внешнюю цепь второго управл ющего полупроводникового ключа подключен к земл ной шине блока управлени , а свободными выводами через третий и четвертый коммутирующие диоды подключены к крайним точкам дополнительной обмотки коммутирующего трансформатора , средн   точка которой через источник тока подключена к земл ной шине блока управлени , при этом обща  точка четвертых вторичных обмоток трансформаторов обратной св зи подключена к земл ной шине блока управлени , а свободные выводы через п тый и шестой коммутируюпще диоды подключены к крайним точкам дополнительной обмотки коммутирующего трансформатора . На чертеже представлена электрическа  схема предлагаемого устройства . Полупроводниковый переключатель тока содержит силовой транзистор 1, резистор 2, первьй трансформатор 3 обратной св зи.с первичной обмоткой 4, первой вторичной обмоткой 5, второй вторичной обмоткой 6, третьей вторичной обмоткой 7 и четвертой вторичной обмоткой 8, второй транс- форматор 9 обратной св зи с первичной обмоткой 10, первой вторичной обмоткой 11, второй вторичной обмоткой 12, третьей вторичной обмоткой 13 и четвертой вторичной обмоткой 14, первый и второй силовые диоды 15 и 16, первый и второй диоды 17 и 18 управлени , коммутирующий трансформатор 19 с основной обмоткой 20 со средней точкой 21 и крайними точками 22 и 23 и с дополнительной обмоткой 24 со средней точкой 25 и крайними точками 26 и 27, блок 28 управлени  с управл ющей клеммой 29, источником 30 тока, первым управл ющим полупроводниковым ключом 31, вторым управл ющим полупроводниковым ключом 32 и первым, вторым, третьим, четвертым, п тым и шестым коммутирующими диодами 33-38, выходную клемму 39 и земл ную шину 40. База силового транзистора 1 подключена к резистору 2 и через первый и второй диоды I7 и 18 управлени  подключена соответственно к крайним точкам первых вторичных обмоток 5 и I1. Эмиттер силового тран зистора 1 подключен к выходной клем ме 39, резистору 2 и к общей точке первых вторичных обмоток 5 и 11. Кол лектор силового транзистора 1 подклю чен к общей точке первичных обмоток 4 и 10. Крайние точки первичных обм ток 4 и 10 через первый и второй сил вые диоды 15 и 16 соответственно под ключены к крайним точкам 22 и 23 основной обмотки 20. Крайние точки вто рых вторичных обмоток 6 и 12, третьи вторичных обмоток 7 и 13, четвертых вторичных обмоток 8 и 14 подключены к блоку 28 управлени , при этом обща точка вторых вторичных обмоток 6 и 12 подключена к коллектору первого управл ющего полупроводникового клю ча 31, а крайние точки вторых вторич ных обмоток 6 и 12 через первый и второй коммутирующие диоды 33 и 34 соответственно подключены к земл ной шине 40, обща  точка третьих вторичных обмоток 7 и 13 подключена к коллектору второго управл ющего полупроводникового ключа 32, а крайние точки третьих вторичных обмоток 7 и 13 через коммутирующие диоды 37 и 35 соответственно подключены к крайним точкам 26 и 27 дополнительно обмотки 24, обща  точка четвертых 64 вторичных обмоток 8 и 14 подключена к земл ной шине 40, а крайние точки четвертых вторичных обмоток 8 и 14 через п тый и шестой коммутирующие диоды 36 и 38 соответственно подключены к крайним точкам 27 и 26 дополнительной обмотки 24. Средн   точка 25 дополнительной обмотки 24 подключена через источник 30 тока к земл ной шине 40. Эмиттеры управл ющих полупроводниковых ключей 31 и 32 объединены и подключены к земл ной шине 40. Базы управл ющих полупроводниковых ключей 31 и 32 объединены и подключены к управл ющей клемме 29. Цепь нагрузки подключаетс  к средней точке 21 ,  вл ющейс  и выходной клеммой основной обмотки 20, и выходной клемме 39. Полупроводниковый переключатель тока работает следующим образом. В исходном состо нии силовой транзистор 1 закрыт. На управл ющую клемму 29 подан отрицательный потенциал. Первый управл ющий полупроводниковьш ключ 31 открыт, а второй управл ющий полупроводниковый ключ 32 закрыт. На крайних точках 22 и 23 основной обмотки 20 и крайних точках 26 и 27 дополнительной обмотки 24 коммутирующего трансформатора 19 присутствует пр моуголь гое двупол рное напр жение высокой частоты (например 50 кГц) как в исходном состо нии, так и в рабочем режиме, трансформируемое из первичной обмотки коммутирующего трансформатора 19. В том случае, когда силовой транзистор 1 открыт, через коллектор и цепь, образованную основной обмоткой 20, первьм и вторым силовыми диодами 15 и J6 и первичными обмотками 4 и 1.0, протекает ток нагрузки. Ток нагрузки, протека  попеременно по первичным обмоткам 4 и 10, трансформируетс  в первые вторичные обмотки 5 и 11 соответственно и выпр мл етс  с помощью первого и второго диодов 17 и 18 управлени . В моменты времени, при которых пр моугольное напр жение измен ет свой знак на крайних точках 22 и 23 основной обмотки 20, ток нагрузки протекает одновременно по первичным обмоткам 4 и 10 и, трансформиру сь в первые вторичные обмотки 5 и 11 соответственно , поступает на базу силового транзистора 1 . Ток, поступаклций на

базу силового транзистора 1, поддерживаетс  неизменным в течение времени , пока на управл ющей клемме 29 присутствует положительный потенциал . Таким образом, введение второго трансформатора 9 обратной св зи исключает возможность возникновени  просадок тока в базовой цепи силового транзистора 1, что повышает надежность полупроводникового переключател  тока.

Первоначальное открывание силового транзистора 1 осуществл етс  следующим образом. .При подаче на управл ющую клемму 29 положительного по- тенциала первый управл ющий полупроводниковый ключ 31 закрываетс , а второй управл ювщй полупроводниковый ключ 32 открываетс . Открытое состо ние второго управл ющего полупроводникового ключа 32 обеспечивает протекание тока от источника 30 тока по цепи, образованной дополнительной обмоткой 24, коммутирующими диодами 35 и 37 и третьими вторичными обмотками 13 и 7. Ток от источника 30 тока, протека  попеременно по третьим вторичным обмоткам 7 и 13, трансформируетс  в первые вторичные обмотки 5 и 11 соответственно., выпр мл етс  с помощью первого и второго диодов 17 и 18 управлени  и далее поступает на базу силового транзистора 1, вызыва  его включение В моменты времени, при которых пр моугольное напр жение измен ет свой знак на крайних точках 26 и 27 дополнительной обмотки 24, ток от источника 30 тока протекает одновременно по третьим вторичным обмоткам 7 и 13 и, трансформиру сь в первые вторичные обмотки 5 и П соответственно поступает на базу силового транзистора 1. Таким образом, введение блока 28 управлени  исключает возможность возникновени  просадок базового тока силового транзистора 1 в моменты переключени .

Закрывание силового транзистора 1 осзпцествл етс  следующим образом. При подаче на управл ющзпо клемму 29 отрицательного потенциала, первый управл ющий полупроводниковый ключ 3 открываетс , а второй управл ющий полупроводниковый ключ 32 закрываетс Крайние точки вторых вторичных обмо;гок 6 и 12 оказываютс  шунтирован .ными открытым переходом коллекторэмиттер первого управл ющего полу- , проводникового ключа 31. В этом чае напр жение на крайних точках первых вторичных обмоток 5 и П практически равно нулю. Ток на базу силового транзистора 1 не поступает, что приводит к закрыванию последнего. Силовой транзистор 1 закрыт в течение времени, пока на управл ющей клемме 29 присутствует отрицательный потенциал .

В некоторых случа х бывает целесообразно снабдить силовой транзистор 1 источником отрицательного базового смещени , что позвол ет уменьшить врем  рассасывани  силового транзистора 1 (на чертеже не показан).

Дл  перемагничивани  магнитопроводов трансформаторов 3 и 9 обратной св зи служат четвертые вторичные обмотки 8 и 14. Цепь, образованна  дополнительной обмоткой 24, коммутирующими диодами 36 и 38 и четвертыми вторичными обмотками 8 и 14, попеременно подключает к последним перемагнвчивающее напр жение.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1, Полупроводниковый переключатель тока, содержащий силовой транзистор, коммутирующий трансформатор, .имеющий основную обмотку со средней точкой, первый трансформатор обратной св зи, имеющий одну первичную и две вторичные обмотки, и блок управлени , при этом коллектор силового транзистора подключен к одному из выводов первичной обмотки первого трансформатора обратной св зи, другой вывод которой подключен через первый силовой диод к одной крайней точке основной обмотки коммутирующего трансформатора, к другой крайне точке которой подключен второй силовой диод, при этом один вывод первой вторичнЬй обмотки первого трансформатора обратной св зи подключен к эмиттеру силового транзистора , а другой через первый диод упралени  подключен к базе силового транзистора , к которой подключен второй диой управлени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  надежности , он снабжен вторым трансформатором обратной св зи с первичной и четырьм  вторичными обмотками, первьй трансформатор обратной св зи снабжен третьей и четвертой дополнительными вторичными обмотками, коммутирующий трансформатор снабжен дополнительной обмоткой со средней точкой, при этом первична  обмотка второго трансформатора обратной св зи одним выводом подключена ко второму силовому диоду, а другим - к коллектору силового транзистора, перва  вторична  обмотка второго трансформатора обратной св зи подключена одним выводом ко второму диоду-управлени , а другим - к эмиттеру силового транзистора, при этом дополнительна  обмотка коммутирующего трансформатора вместе со вторыми, третьими и четвертыми обмотками первого и второго трансформаторов обратной св зи подклю чены к блоку управлени . 2. Переключатель по п.1, отличающийс  тем, что блок управлени  снабжен источником тока, шестью коммутирующими диодами и двум .управл ющими полупроводниковыми ключами, при этой вторые вторичные обмотки трансформаторов обратной св зи совместно с первым и вторым коммутирующими диодами, включенными последовательно с каждой из них, образуют две соединенные одними концами с земл ной шиной блока управлени  параллельные цепи, к которым параллельно подключена внешн   цепь первого управл ющего полупроводникового ключа, третьи вторичные обмоткитрансформаторов обратной св зи общей точкой через внешнюю цепь второго управл ющего полупроводникового ключа подключены к земл ной шине блока управлени , а свободными выводами через третий и четвертый коммутирующие диоды подключены к крайним точкам допол1штельной обмотки коммутирующего трансформатора , средн   точка которой через источник тока подключена к земл ной шине блока управлени , при этом обща  точка четвертых вторичных обмоток трансформаторов обратной св зи подключена к земл ной шине блока управлени , а свободные выводы через п тый и шестой коммутирующие диоды подключены к крайним точкам дополнительной обмотки коммутирующего трансформатора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Балагуров В.А., Гридин В.М., Лозенко В.К. Бесконтактные двигатели посто нного тока с посто нными магнитами . М., Энерги , 1975, с. 25, рис. 14а.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 275126, кл. Н 03 К 17/56, 1970. №