UA60056A - Вихідний каскад ключового двотактного підсилювача потужності - Google Patents

Abstract

Вихідний каскад ключового двотактного підсилювача потужності містить верхній і нижній ключі, навантаження, шини живлення з внутрішніми вмонтованими або зовнішніми шунтовими діодами.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до підсилювачів потужності і може бути використаний в силових частинах 2 електроприводів і перетворювачів.

При розробці ключових підсилювачів потужності для роботи на індуктивне навантаження розробники зіштовхуються з проблемою виникнення кидків струму в перехідному процесі включення, обумовленого процесом запирання шунтового діода. При цьому наростання струму в транзисторі відбувається при амплітуді напруги на ключі близької до напруги живлення. В результаті траєкторія робочої крапки ключа без значного 70 запасу по струму і напрузі виходить за межі області безпечної роботи (ОБР).

Спосіб вирішення зазначеної проблеми описаний в |1) на сторінці 235 на малюнку 5.19, де приведена схема однотактного ключа з захисною індуктивністю і ланцюгом відновлення. Захисна індуктивність включена послідовно з транзистором і навантаженням, що зашунтоване діодом. Щоб енергія, що запасається в захисній індуктивності не приводила до виникнення неприпустимих сплесків напруги на ключі, паралельно їй підключений 19 ланцюг відновлення, що складається з послідовно включених резистора і діода в зворотному включенні.

Застосування захисної індуктивності дозволяє запобігти виникненню сплеску потужності при відкриванні ключа, тому що струм запирання шунтового діода наростає при низькій напрузі на відкритому ключі.

Описана схема однотактного ключа з захисними ланцюгами придатна для побудови, наприклад, однотактного перетворювача напруги чи однотактного підсилювача потужності двигуна постійного струму.

Відома схема вихідного каскаду двотактного підсилювача потужності, що прийнята як прототип, описана в (1) на сторінці 309 малюнок 6.57 і складається з верхнього і нижнього ключів із шунтовими діодами і підключених до відповідних шин живлення. Виходи верхніх і нижніх ключів з'єднані між собою і підключені до навантаження. Уже вказувалося вище, при роботі на індуктивне навантаження в перехідному процесі включення виникає кидок струму, обумовлений процесом запирання шунтового діода. Наростання струму в транзисторі відбувається при напрузі в ключі, близькій до напруги живлення, у результаті чого потрібно значний запас по струму і напрузі, « щоб робоча точка не вийшла за межі ОБР. Таким чином, зазначена схема має наступні недоліки: високі динамічні втрати потужності, високу потужність розсіювання, великі масу і габарити, високу ціну.

В основу винаходу поставлена задача створення вихідних каскадів двотактних ключових підсилювачів потужності, вільних від зазначених вище недоліків шляхом застосування захисних ланцюгів від виникнення о наскрізних струмів, що протікають через відкритий шунтовий діод при комутації струмів навантаження, що ю дозволить використовувати транзистори при струмах навантаження і при напругах живлення, близьких до максимально припустимих для обраного типу транзисторів, а це у сукупності зі зменшенням потужності о розсіювання на ключах і потужності втрат дозволить зменшити об'єм і масу силового перетворювача і його ціну. Га»)

Запропонований вихідний каскад (фіг.1) складається з двох силових ключів: верхнього Кв і нижнього Кн, 325 підключених до шин живлення ЖЕ С і Ос відповідно. До складу силових ключів входять шунтові діоди. Між ке, виходом Кь і навантаженням включена захисна індуктивність І в, між виходом Ку і навантаженням включена захисна індуктивність Ін. Між виходом Кв і виходом Кн послідовно включені резистор і діод, включений у зворотному напрямку. Ланцюги керування ключами на фіг. 1 не показані. На фіг. 2 показані епюри напруг на « виходах верхнього Ов і нижнього Окн ключів і струму нижнього ключа Ікн при переключенні струму З 70 навантаження, що протікає через відкритий шунтовий діод відкритого верхнього ключа. с Розглянемо роботу схеми при наступних початкових умовах: внаслідок реакції навантаження (наприклад,

Із» індуктивного забросу напруги) струм навантаження протікає через індуктивність І в і відкритий шунтовий діод верхнього ключа Кв на шину живлення ЖЕ с. При цьому напруга на виході нижнього ключа Ку близька до Ес (на фіг. 2 крива кн). При подачі керуючого сигналу на відкривання нижнього ключа Ку напруга на його виході 49 стає близькою до напруги на шині Ос, і в відкритому ключі Кн відбувається наростання струму (крива І кн на б фіг.2) зі швидкістю, обумовленою величиною індуктивності Їн і напругою джерела живлення. Пропорційно ав | наростанню струму в індуктивності ЇЇ струм в індуктивності |Ї8 падає і у момент часу, коли весь струм навантаження протікає через І н, струм у Ів змінює знак і наростає за рахунок протікання струму запирання о шунтового діода. У момент запирання діода відбувається кидок напруги на виході верхнього ключа Кв (крива Окв сл 20 ва фіг.2) в негативну сторону під впливом реакції індуктивностей І і Ів, і їхній струм замикається через відритий діод Д на резистор К і спадає з постійною часу, обумовленою індуктивностями І н, |в і опором К. щи Таким чином імпульс запирання струму шунтового діода обмежений за рахунок інерційних властивостей | н, І 8 і протікає при низькій напрузі на відкритому ключі Ку, у результаті чого імпульс миттєвої потужності неприпустимої величини, виділюваної на ключі Кн, відсутній. 29 Крім того захисні індуктивності запобігають виникненню небажаних піків потужності розсіювання силових в. ключів через струми заряду - розряду ємності навантаження.

Необхідно відзначити, що при вимиканні нижнього ключа при протіканні через нього струму навантаження на його виході виникає кидок напруги вище напруги джерела живлення внаслідок реакції навантаження і захисної індуктивності Ін. Струм захисної індуктивності в цьому випадку замикається на резистор К через відкритий діод 60 Д. Амплітуда кидка напруги визначається струмом навантаження і опором К.

У силу того, що схема вихідного каскаду симетрична, робота верхнього ключа Кв при комутації струму навантаження, що протікає через відкритий шунтовий діод нижнього ключа К | аналогічна описаній вище з різницею в полярності напруг.

Запропонована схема може бути використана для побудови напівмостових, мостових, багатофазних 62 мостових схем реверсивного керування колекторними, безколекторними двигунами і схем перетворювачів. Вона може бути застосована при побудові вихідних каскадів підсилювачів потужності як на біполярних, так і на польових транзисторах і на ІСВТ. У випадку застосування МДП-транзисторів запропонована схема дозволяє використовувати в якості шунтових діодів їхні внутрішні "паразитні" діоди.

Запропонована схема реалізована практично на біполярних транзисторах 2Т874Б, на польових транзисторах

ІКЕ234М5, ІКЕ53055 у парі; на ІКЕ131ОМ, ІКЕ5210 у парі; на ІКЕКО24М, ІКЕКЗОО24М у парі. У всіх випадках за рахунок застосування запропонованої схеми вдалось відмовитися від радіатора. При цьому транзистори працюють на максимальних струмах, рівних максимальним припустимим і при напругах живлення, близьких до максимальних припустимих. Наприклад, підсилювач привода на 271874Б працює при максимальних струмах /о навантаження ЗОА і при напрузі живлення до 748 (максимальне припустиме 1008).

ЛІТЕРАТУРА

1 Воронін П.А. Силові напівпровідникові ключі. М. Додека 2001р.

Claims (1)

1. Формула винаходу Вихідний каскад ключового двотактного підсилювача потужності, що містить верхній і нижній ключі, з'єднані з відповідними шинами живлення з внутрішніми вмонтованими або зовнішніми шунтовими діодами, який відрізняється тим, що кожний із ключів підключений до навантаження через свою захисну котушку індуктивності і для розряду обох захисних котушок використано спільний розрядний ланцюг, що складається з послідовно включених між виходами ключів резистора і діода в зворотному напрямку. « (Се) ІФ) «в) «в) (Се) -

   с . и? (о) («в) («в) 1 4) 60 б5