SU928557A1 - Устройство дл управлени силовым транзистором - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для построения импульсных стабилиза-. торов, регуляторов, транзисторных реле и других силовых устройств при повышенных требованиях к их КПД и надежности.

Известны устройства управления силовыми транзисторами, построенные на трансформаторах и транзисторах и позволяющие осуществить согласование низкоомной входной цепи силового тран зистора с высокоомными цепями управления [ 1 ].

Недостатками данных устройств являются низкий КПД, а также плохая форма импульсов управления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство, содержащее два трансформатора,первичные обмотки которых подключены к двум источникам, сдвинутых по фазе на регулируемый угол прямоугольных напряжений, два транзистора, база-эмиттерные переходы которых шунтируют вторичные обмот ки одного из трансформаторов со сред ней точкой, подключенной к первой выходной клемме, а к второй выходной клемме устройства подключен средний вывод вторичных обмоток другого тран· сформатора, включенных крайними выводами в коллекторные цепи указанных транзисторов [2].

Недостатком известного устройства для управления силовым транзистором является то, что коммутирующие транзисторы периодически работают в инверсном режиме, в результате чего требования к используемым транзисторам в части допустимого обратного напряжения, прикладываемого к переходу база-эмиттер, повышены из-за не20 обходимости подавать на этот переход ' напряжение в два раза большее, чем напряжение, прикладываемое между эмиттером и коллектором, вследствие этого мощность, потребляемая от пе3 реключающего коммутирующие транзисторы источника, увеличена более,чем в два раза по сравнению с мощностью, потребляемой транзистором при переключении в обычном режиме.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления силовым транзистором, содержащее два трансформатора, первичные обмотки которых подключены к двум источникам прямоугольных напряжений, концы вторичных обмоток связаны с выходными клеммами, два транзистора, снабжено двумя диодами, открывающий источник прямоугольных напряжений выполнен с переменной во времени длительностью импульсов, закрывающий источник прямоугольных напряжений выполнен с фиксированной длительностью импульсов, а две вторичные обмотки каждого трансформатора выполнены раздельными, одна из которых подключена к выходным клеммам устройства одним выводом непосредственно, а другим - через последовательную цепь, состоящую из диода и эмиттер-коллекторного перехода транзистора, к переходу база-эмиттер которого через резистор подключена другая вторичная обмотка того же трансформатора, при этом выход открывающего источника соединен с синхронизирующим входом закрывающего источника.

На фиг. 1 приведена схема устройства для управления силовым транзистором; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу данного устройства .

Устройство (фиг. 1) содержит синхронизированные между собой открывающий источник 1 и закрывающий источник 2, к которым подключены первичные обмотки 3 и 4 соответственно трансформаторов 5 и 6. Вторичная обмотка 7 трансформатора 5 и вторичная обмотка 8 трансформатора б подключены к выходным клеммам 9 и 10 устройства: к клемме 9 непосредственно, а к клемме 10 соответственно через последовательные цепи, составленные из диодов 11 и 12 и транзисторов 13 и 14, к переходам база-эмиттер которых соответственно через резисторы 15 и 16 подключены вторичные обмотки 17 трансформатора 5 и 18 трансформатора 6. К выходным клеммам 9 и 10 устройства подключен через резис

928557 4 тор 19 силовой транзистор 20, переход эмиттер-база которого зашунтирован резистором 21.

Работа предлагаемого устройства для управления силовым транзистором основана на разделении процессов . открывания и закрывания силового транзистора. Следовательно, при его работе можно выделить режимы откры10 вания и закрывания силового транзистора.

' Пусть включение транзисторов и диодов и направление намотки трансформаторов соответствуют показанным на фиг. 1.

Рассмотрим режимы открывания и закрывания силового транзистора, поясняя временНь)мй диаграммами напряжений (фиг. 2).

В. режиме открывания напряжение

2о открывающего .источника 1 , имеющее форму однополярных прямоугольных импульсов переменной длительности (диаграмма с| ) посредством трансформаторов 5 преобразуется в два напряже25 ния, одно из которых, появляющееся на вторичной обмотке 17 трансформатора 5 (диаграмма -8) прикладывается через резистор 15 к переходу базаэмиттер транзистора 13 и открывает ₃₀ этот транзистор в момент действия импульса на выходе открывающего источника 1. Другое напряжение, появляющееся на вторичной обмотке 7 (диаграмма 2 ) через последовательную _з5 цепь, составленную из транзистора 13 и диода 11 прикладывается к выходным клеммам 9 и 10 (положительные импульсы на диаграмме X) . Диод 11 включен таким образом, что когда транзистор 13 открыт, то и диод 11 находится в проводящем состоянии. Это напряжение подается через токоограничивающий резистор 19 на переход база-эмиттер силового транзистора 20, открывая его. По окончании импульса открывающего источника 1 транзистор. 13 закрывается, а диод 11 отсекает импульсное напряжение отрицательной полярности, появляющееся на· вторичной обмотке 7 трансформа⁵⁰ тора 5. В открывающем источнике 1 приняты меры, чтобы амплитуда импульсов отрицательной полярности на вторичных обмотках 7 и 17 трансформатора. 5 не превышали величины максималь⁵⁵ но допустимого обратного напряжения для транзистора 13 и диода 11.

В режиме закрывания напряжение закрывающего источника 2, имеющее

928557 6 форму однополярных прямоугольных ИМ' пульсов постоянной длительности(диаграмма (5 ), посредством трансформатора 6 преобразуется в два напряжения, одно из которых, появляющееся 5 на вторичной обмотке 18, трансформатора 6 (диаграмма 6), прикладывается через резистор 16 к переходу база-эмиттер транзистора 14 и открывает этот транзистор в момент дейст- ю вия импульса на выходе закрывающего источника 2. Другое напряжение, появляющееся на вторичной обмотке .8 (диаграмма д), через последовательную цепь, составленную из транзистора 15 14 и диода 12; включенного таким образом, что, когда транзистор 14 открыт, то и диод 12 находится в проводящем состоянии, прикладывается к выходным клеммам 9 и 10 (отрицатель- 20 ные импульсы на диаграмме X). Это напряжение подается через токоогра^ничивающий резистор 19 на переход база-эмиттер силового транзистора 20 ,и закрывает его. По окончании импуль- 25 'са закрывающего источника 2 транзистор 14 закрывается, диод 12 оказывается смещенным в обратном направлении и отсекает импульсное напряжение положительной полярности, появ- 30 ляющееся на вторичной обмотке 8 трансформатора 6, не пропуская его на вход силового транзистора.

Таким образом, силовой транзистор управляется двухполярными им- ₃₅ пульсами (диаграмма Ж ) импульсами полои<ительной полярности, амплитуда которых может быть взята достаточной для надежного его открывания, и импульсами отрицательной полярное- ₄₀ ти, амплитуда и длительность которых достаточны для надежного его закрывания.

Предлагаемое устройство для управления позволяет значительно уменьшить ₄₅ длительность переходного процесса переключения силового транзистора, так как транзистор управляется двухполярными импульсами напряжения оптимальной длительности, исключить ин- ₅θ версный режим работы коммутирующих транзисторов и онц работают в режимах, оговоренных техническими условиями. Вследствие этого уменьшается мощ ность, рассеиваемая силовым транзистором в момент переходного процесса его переключения, требования к коммутирующим транзисторам в части допустимого обратного напряжения, прикладываемого к переходу база-эмиттер, не превышают допустимые, оговоренные техническими условиями, суммарная мощность, потребляемая от указанных источников меньше чем в известном устройстве, так как не надо увеличивать в два раза амплитуду напряжения выходных импульсов одного из источников.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  построени  импульсных стабилизаторов , регул торов, транзисторных реле и других силовых устройств при повышенных требовани х к их КПД и надежности. Известны устройства управлени  си ловыми транзисторами, построенные на трансформаторах и транзисторах и позвол ющие осуществить согласование низкоомной входной цепи силового тра зистора с высокоомными цеп ми управлени  1 . Недостатками данных устройств  вл ютс  низкий КПД, а также плоха  форма импульсов управлени . Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности  вл етс  устройство, содержащее два трансформатора,первичные обмотки которых подключены к двум источникам, сдвинутых по фазе на регулируемый угол пр моугольных напр жений, два транзистора, база-эмиттерные переходы которых шунтируют вторичные обмотки одного из трансформаторов со средней точкой, подключенной к первой выходной клемме, а к второй выходной клемме устройства подключен средний вывод вторичных обмоток другого трансформатора , включенных крайними выводами в коллекторные цепи указанных транзисторов 2. Недостатком известного устройства дл  управлени  силовым транзистором  вл етс  то, что коммутирующие транзисторы периодически работают в инверсном режиме, в результате чего требовани  к используемым транзисто-рам в части допустимого обратного напр жени , прикладываемого к переходу база-эмиттер, повышены из-за необходимости подавать на этот переход напр жение в два раза большее, чем напр жение, прикладываемое между эмиттером и коллектором, вследствие этого мощность, потребл ема  от переключающего коммутирующие транзисторы источника, увеличена более,чем в два раза по сравнению с мощностью, потребл емой транзистором при переключении в обычном режиме. Цель изобретени  - повышение КПД и надежности устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство дл  управлени  силовым транзистором, содержащее два тра сформатора, первичные обмотки которы подключены к двум источникам пр моуг льных напр жений, концы вторичных обмоток св заны с выходными клеммами два транзистора, снабжено двум  диодами , открывающий источник пр моугол ных напр жений выполнен с переменной во времени длительностью импульсов, закрывающий источник пр моугольных напр жений выполнен с фиксированной длительностью импульсов, а две вторичные обмотки каждого трансформатор выполнены раздельными, одна из которых подключена к выходным клеммам устройства одним выводом непосредственно , а другим - через последовател ную цепь, состо щую из диода и эмиттер-коллекторного перехода транзистора , к переходу база-эмиттер которого через резистор подключена друга  вторична  обмотка того же трансформатора , при этом выход открывающего источника соединен с синхронизирующим входом закрывающего источника . На фиг. 1 приведена схема устройства дл  управлени  силовым транзистором; на фИг. 2 - временные диаграм мы, по сн ющие работу данного устрой ства. Устройство (фиг. 1) содержит синхронизированные между собой открываю щий источник 1 и закрывающий источник 2, к которым подключены первичные обмотки 3 и t соответственно трансформаторов 5 и 6. Вторична  обмотка 7 трансформатора 5 и вторична  обмотка 8 трансформатора б подключены к выходным клеммам 9 и 10 устройства: к клемме 9 непосредственно, а к клемме 10 соответственно через пос ледовательные цепи, составленные из диодов 11 и 12 и транзисторов 13 и 14, к переходам база-эмиттер котог ых соответственно через резисторы 15 и 16 подключены вторичные обмотки 17 трансформатора 5 и 10 трансформатора 6. К выходным клеммам 9 и . 10 устройства подключен через резис74 тор 19 силовой транзистор 20, переход эмиттер-база которого затиунтирован резистором 21. Работа предлагаемого устройства дл  управлени  силовым транзистором основана на разделении процессов . открывани  и закрывани  силового транзистора. Следовательно, при его работе можно выделить режимы открывани  и закрывани  силового транзистора . Пусть включение транзисторов и диодов и направление намотки трансформаторов соответствуют показанным на фиг. 1. Рассмотрим режимы открывани  и закрывани  силового транзистора, по сн   временйьЫи диаграммами напр жений фиг. 2). S режиме открывани  напр жение открывающего .источника 1, имеющее форму однопол рных пр моугольных импульсов переменной длительности (диаграмма О ) посредством трансформаторов 5 преобразуетс  в два напр жени , одно из которых, по вл ющеес  на вторичной обмотке 17 трансформатора 5 (диаграмма в) прикладываетс  через резистор 15 к переходу базаэмиттер транзистора 13 и открывает этот транзистор в момент действи  импульса на выходе открывающего источника 1. Другое напр жение, по вл ющеес  на вторичной обмотке 7 (диаграмма 2) через последовательную цепь, составленную из тран Зистора 13 и диода 11 прикладываетс  к выходным клеммам 9 и 10 (положительные импульсы на диаграмме Ж). Диод 11 включен таким образом, что когда транзистор 13 открыт, то и диод 11 находитс  в провод щем состо нии. Это напр жение подаетс  через токоограничивающий резистор 19 на переход база-эмиттер силового транзистора 20, открыва  его. По окончании импульса открывающего источника 1 транзистор . 13 закрывйетс , а диод 11 отсекает импульсное напр жение отрицательной пол рности, по вл ющеес  на- вторичной обмотке 7 трансформатора 5. В открывающем источнике 1 прин ты меры, чтобы амплитуда импульсов отрицательной пол рности на вторичных обмотках 7 и 17 трансформатора . 5 не превышали величины максимально допустимого обрэтного напр жени  дл  транзистора 13 и диода 11. В режиме закрывани  напр жение закрывающего источника 2, имеющее форму однопол рных пр моугольных им пульсов посто нной длительности(диаграмма $ ), посредством трансформатора 6 преобразуетс  в два напр жени , одно из которых, по вл ющеес  на вторичной обмотке 18, трансформатора 6 (диаграмма 6), прикладываетс  через резистор 16 к переходу база-эмиттер транзистора 1 и открывает этот транзистор в момент деистВИЯ импульса на выходе закрывающего источника 2. Другое напр жение, по в л ющеес  на вторичной обмотке .8 (диаграмма ), через последовательную цепь, составленную из транзистора k диода 12, включенного таким образом , что, когда транзистор I открыт , то и диод 12 находитс  в провод щем состо нии, прикладываетс  к выходным клеммам 9 и 10 (отрицательные импульсы на диаграмме 3|С ). Это напр жение подаетс  через токоогра ничивающий резистор 19 на переход база-эмиттер силового транзистора 20 и закрывает его. По окончании импуль са закрывающего источника 2 транзистор 14 закрываетс , диод 12 оказываетс  смещенным в обратном направлении и отсекает импульсное напр жение положительной пол рности, по вл ющеес  на вторичной обмотке 8 тран сформатора 6, не пропуска  его на вход силового транзистора. Таким образом, силовой транзистор управл етс  двухпол рными импульсами (диаграмма Ж ) импульсами полох{ительной пол рности, амплитуда которых может быть вз та достаточной дл  надежного его открывани , и импульсами отрицательной пол рноети , амплитуда и длительность которых достаточны дл  надежного его закрывани . Предлагаемое ycтpoйtтвo дл  управ лени  позвол ет значительно уменьшит длительность переходного процесса переключени  силового транзистора, так как транзистор управл етс  двухпол рными импульсами напр жени  опти мальной длительности, исключить инверсный режим работы коммутирующих транзисторов и oHki работают в режимах оговоренных техническими услови ми . Вследствие этого уменьшаетс  мощность , рассеиваема  силовым транзистором в момент переходного процесса его переключени , требовани  к коммутирующим транзисторам в части допустимого обратного напр жени , прикладываемого к переходу база-эмиттер , не превышают допустимые, оговоренные техническими услови ми, суммарна  мощность, потребл ема  от указанных источников меньше чем в известном устройстве, так как не надо увеличивать в два раза амплитуду напр жени  выходных импульсов одного из источников. Формула изобретени  Устройство дл  управлени  силовым транзистором,содержащее два трансформатора , первичные обмотки которых подключены к двум источникам пр моугольных напр жений, концы вторичных обмоток св заны с выходными Клеммами, I два транзистора, отличающеес   тем, что, с целью повышени  КПД и надежности устройства, оно снабжено двум  диодами, открывающий источник пр моугольных напр жений выполнен с переменной во времени длительностью импульсов, закрывающий источник пр моугольных напр жений выполнен с фиксированной длительностью импульсов , а две вторичные обмотки каждого трансформатора выполнены раздельными , одна из которых подключена к выходным «клеммам устройства одним выводом непосре 1ственно, а другим через последовательную цепь, состо щую из диода и эмиттер-коллекторного перехода транзистораj к переходу база-§миттер которого через резистор подключена друга  вторична  обмотку того же трансформатора, при этом выход открывающего источника соединен с синхронизирующим входом закрывающего источника. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1 . Авторское свидетельство СССР. № 708332, кл. Н 02 Р 13/26, 1979.
2. 2. Авторское свидетельство СССР № 57+845, кл. Н 02 Р 13/1 о, 1D76.