Импульсный регулятор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокочастотных преобразовательных устройствах в качестве силового ключа. Цель изобретения - повышение надежности и расширение диапазона нагрузочной способности. Устройство состоит из включенных между входными выводами 8,9 последовательно соединенных LCD-фильтра, основного 1 и вспомогательного 2 транзисторов. Транзистор 2 управляющим входом соединен с выходом широтно-импульсного модулятора /ШИМ/ 10. Управляющий вход транзистора 1 через токоограничительный резистор 14 и ключ 15, зашунтированные диодом 13, включенным в обратном направлении, соединен с положительным выходом источника 11 постоянного напряжения, зашунтированного конденсатором 12. Управляющий вход ключа 15 через формирователь импульсов 16 соединен с выходом ШИМ 10. Транзистор 1 зашунтирован тиристором 17, управляющий вход которого через дополнительный токоограничительный элемент 18 соединен с положительным выходом источника 11. Указанное выполнение устройства обеспечивает включение транзистора 1 при малом коллекторно-эмиттерном напряжении, равном остаточному напряжению на открытом тиристоре 1. Это позволяет снизить динамические потери мощности в тиристоре при его включении, исключить динамические потери на включение основного транзистора, а также использовать транзистор 1 при коллекторном токе, близком по значению к предельно допустимому. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 М 3/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4615877/24-07 (22) 05,12.88 (46) 23.10.90. Бюл. ¹ 39 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В,Г. Морозов, М.E. Артеменко и

В;Д. Гулый (53) 621.314.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1134995, кл. Н 02 M 3/1.35, 1985.

Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА. Материалы семинара. M., МДНТП, 1983, рис. 5, с. 50. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоча .Ю 1601712 А1 стотных преобразовательных устройствах в качестве силового ключа. Цель изобретения— повышение надежности и расширениедиапазона нагрузочной способности. Устройство состоит из включенных между входными выводами 8, 9 последовательно соединенных СО-фильтра, основного 1 и вспомогательного 2 транзисторов. Транзистор 2 управляющим входом соединен с выходом широтно-импульсного модулятора (ШИМ)

10. Управляющий вход транзистора 1 через токоограничительный резистор 14 и ключ

15, зашунтированные диодом 13, включенным в обратном направлении, соединен с положительным выходом источника 11 постоянного напряжения, зашунтированного конденсатором 12. Управляющий вход ключа 15 через формирователь импульсов 16 Б соединен с выходом ШИМ 10. Транзистор 1 д зашунтирован тиристором 17, управляю1601712 щий вход которого через дополнительный токоограничительный элемент 18 соединен с положительным выходом источника 11, Указанное выполнение устройства обеспечивает включение транзистора 1 при малом коллекторно-эмиттерном напряжении, равном остаточному напряжению на открытом

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения, и может быть использовано в качестве силового ключа в высокочастотных преобразовательных уст- 5 ройствах различного назначения.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение диапазона нагрузочной способности.

На фиг. 1 представлена функциональ- 10 . ная схема предлагаемого регулятора; на

:. фиг. 2 — временные диаграммы, поясняю: щие его работу.

Регулятор содержит последовательно соединенные основной 1 и вспомогатель- 15 ный 2 транзисторы, LCD-сглаживающий фильтр 3, диод 4, шунтирующий в обратном направлении вход LCD-фильтра, выходные выводы 5 и 6, к которым подключена нагрузка 7, и входные выводы 8 и 9, к которым 20 подключен источник входного напряжения

Е. Цепь управления вспомогательным транзистором 2 соединена с выходом широтноимпульсного модулятора 10. Цепь управления основного (высоковольтного) 25 транзистора 1 состоит из последовательно соединенных вспомогательного источника

11 постоянного напряжения, шунтированного конденсатором 12, обеспечивающим двухстороннюю проводимость источника 30

11, обратно включенного диода 13, имеющего точку соединения с токоограничительным резистором 14, последовательно с которым включен ключ 15, управляющий вход которого подключен к выходу широт- 35 но-импульсного модулятора 10 через формирователь 16 импульсов, Основной транзистор 1 шунтирован тиристором 17, управляющая цепь которого через токоограничительный элемент 18, состоящий из 40 последовательно соединенных резистора и стабилитрона, подключена к положительному полюсу источника 11 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим абра- 45 зом.

До момента времени to (фиг. 2а) основной 1 и вспомогательный 2 транзисторы, тиристор 17 закрыты. Ключ 15 под действитиристоре. Это позволяет снизить динамические потери мощности в тиристоре при

era включении, исключить динамические потери на включение основного транзистора, а также использовать транзистор 1 при коллекторном токе, близком по значению к предельно допустимому, 2 ил. ем сигнала с выхода формирователя 16 находится в разомкнутом состоянии, При этом ток нагрузки под действием энергии. накопленной в индуктивности фильтра L, замыкается через обратный диод 4, В момент времени 1:с> выходной сигнал широтно-импульсного модулятора 10 отпирает транзистор 2 и переводит его з режим глубокого насыщения (рис. 2а), Транзистор 1 и тиристор 17 при этом остаются закрытыми, поэтОму включение транзистора 2 происходит практически при нулевом коллекторном токе, вследствие чего мощность потерь при включении близка к нулю, После насыщения транзистора 2 замыкается цепь: положительный полюс источника 11 питания, токоограничивающий элемент 18, управляющий электрод тиристора 17, катод тиристора 17, транзистор 2, отрицательный полюс источника 11 питания. Величина тока управления тиристора

17 определяется величиной резистора токоограничивающего элемента 18, а момент включения тиристора 17 фиксируется пробоем стабилитрона, входящего в элемент 18.

После включения тиристора 17 ток нагрузки из цепи диода 4 переходит в цепь тиристора

17 и транзистора 2, уменьшаясь до нуля по величине. В течение времени восстановления запирающих свойств диода 4 от источника питания Е через диод 4, тиристор 17 и транзистор 2 протекает сквозной ток, Однако, вследствие того, что к моменту отпирания тиристора 17 транзистор 2 находился в режиме глубокого насыщения, практически вся мощность динамических потерь, обусловленная сквозным током и током нагрузки, локализована в тиристоре, который по сравнению с транзистором, обладает значительно большей нагрузочной способностью.

Через интервал времени, достаточный для восстановления запирающих свойств диода 4, в момент t> (рис. 2б) формирователь вырабатывает управляющий импульс на замыкание ключа 15. При этом от источника 11 постоянного напряжения через ключ 15, токоограничительный резистор 14 и открытый транзистор 2 в базу основного транзистора

1.поступает отпирающий импульс базового

1601712

50 тока, переводящий транзистор 1 в режим насыщения. При этом анодный ток тиристора 17, равный току нагрузки, переходит в коллекторную цепь транзистора 1 и тиристор 17 выключается. Так как к моменту отпирания транзистора 1 тиристор 17 находится ь проводящем состоянии, то включение основного (высоковольтного) транзистора " происходит при малом коллекторно-эмиттерном напряжении, равном остаточному напряжению на открытом тиристоре, что способствует снижению динамических потерь мощности в тиристоре при его включении. Это обстоятельство позволяет использовать транзистор 1 при коллекторном токе, близком по значению к предельно допустимому, и тем самым повысить нагрузочную способность импульсного регулятора и его надежность. В интервале времени t1 — 12 ток нагрузки регулятора протекает через одновременно включенные транзисторы 1 и 2, В момент времени t2, совпадающий с задним фронтом сигнала широтно-импульсного модулятора, происходит выключение вспомогательного. транзистора 2 и размыкание ключа 15 (фиг. 2а, б). При этом цепь эмиттера транзистора 1 оказывается разомкнутой и начинается процесс рассасывания избыточных носителей в коллекторной и базовой областях транзистора 1 током нагрузки, который продолжает протекать через коллекторный переход транзистора -1, импульсный диод 13 и конденсатор 12. B результате на этапе выключения (учитывая что диод 13 открыт) напряжение на последовательно соединенных транзисторах 1 и 2 по величине не превышает напряжения источника 11 (обычно 5-7 В), вследствие чего уменьшение эмиттерного тока транзистора

1 и коллекторного тока транзистора 2 происходит при малых. напряжениях, что способствует снижению динамических потерь мощности при выключении, расширению области безопасной работы основного транзистора ввиду уменьшения вероятности обратно-смещенного вторичного пробоя и повышению надежности регулятора.

В интервале времени и2 — тз транзисторы

1 и 2, а также тиристор 17 закрыты, а ключ

15 — разомкнут. При этом ток дросселя L замыкается через диод 4. В момент времени тз, совпадающий с передним фронтом импульса широтно-импульсного модулятора, вновь отпирается транзистор 2 и процессы в схеме повторяются. Регулирование выходного напряжения осуществляется изменением длительности открытого и закрытого

40 состояния транзистора 2 под действием сигнала с выхода широтно-импульсного модулятора.

;аким образом, введение тиристора с цепью управления параллельно основному транзистору позволяет исключить динамические потери на включение основного транзистора, которые составляют 20 — 30% общей величины динамических потерь, Это приводит к повышению надежности работы основного транзистора за счет формирования безопасной траектории включения либо при тех же размерах теплоотводящих радиаторов к увеличению нагрузочной способности по току на 20 — 30%.

Формула изобретения

И»пульсный регулятор постоянного напряжения, содеожащий включенную между первым и вторым входными выводами для подключения входного источника напряжения цепь из последовательно соединенных

LCD-фильтра, выход которого соединен с выходными выводами для подключения нагрузки, основного и вспомогательного транзисторов, причем управляющий вход вспомогательного транзистора соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, а управляющий вход основного транзистора подключен к общей точке соединения одного вывода токоограничительного резистора с выводом одного из силовых электродов обратно включенного диода, вывод другого силового электрода которого соединен с первым выходом, вспомогательного источника постоянного напряжения и одной из обкладок конденсатора, другая обкладка которого соединена с вторым выходом вспомогательного источника постоянного напряжения и с вторым входным выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазона нагрузочной способности, другой вывод токоограничительного резистора соединен с первым выходом вспомогательного источника постоянного напряжения через дополнительно введенный управляемый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом широтно-импульсного модулятора через дополнительно введенный формирователь импульсов, а основной транзистор зашунтирован дополнительно введенным тиристором, управляющий электрод которого через дополнительно введенный токоограничительный элемент соединен с первым выходом вспомогательного источника постоянного напряжения.

1601712

Редактор M.Áëàíàð

Заказ 3276 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

0ур (UAy ruurr и 0

Составитель Л,Устинкина

Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий