Устройство для управления силовым транзисторным ключом преобразователя напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении импульсных преобразователей с прямым включением диода. Цель изобретения - повышение надежности при расширении рабочих импульсов по длительности, При включении управляющего ключа 8 замыкается цепь разряда накопительного конденсатора 7 через дополнительную обмотку трансформатора тока 3, формируя пусковой импульс, при этом на базу транзистора 4 подается запирающее напряжение. После выключения ключа 1 открывается блокирующий транзистор 4, шунтирующий управляющий переход ключа 1. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКР6!ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (я>s H 02 M 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ти, а коэффициент усиления по току высоко-. с вольтных транзисторов, как правило, не превышает 10 — 20, а чаще находится в интер- о вале 5 — 10; — выключение силового транзистора ку производится форсированно, без паузы на к рассасывание заряда базы, что приводит к д увеличению коммутационных потерь на вый ключение и снижению надежности его в работе.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство о управления силовым транзисторным клюб- чом, содержащее управляющий ключ и блое- кирующий транзистор, соединенный з ° эмиттером с эмиттером, а коллектором с базой силового ключа, вольтоограничитель- ь ный элемент, соединенный одним выводом с базой блокирующего транзистора, выпряе йительныйдиод и узел подзаряда(связанный ку с источником постоянного йа1тряженйя), подо- .соединенные к первому выводу накопитель(21) 4684441/07 (22) 23.03.89 (46) 23.07.92. Бюл. ¹ 27 (71) Опытное производственно-техническое предприятие "Уралчерметавтоматика" (72) О.Н, Мельников

{56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1008869, кл. Н 02 М 7/537, 1985.

Авторское свидетельство СССР Q

1480048, кл. Н 02 M 1/08, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИJIOBblM ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к электротехни ке и может быть использовано при построе нии импульсных преобразователей прямым включением диода.

Известен: преобразователь постоянног напряжения, содержащий силовой транзи стор, силовая цепь которого через обмот выходного трансформатора присоединена входным выводам, а управляющий перехо подключен к цепи положительной обратно. связи и блоку форсированного запирания включающему конденсатор и дополнитель ную трансформаторную обмотку, подключен ную через диод к входу вспомогательног транзистора, один из электродов которого о разует выход указанного блока. а другой ч рез конденсатор подключен к одйому и входных выводов.

Однако, известный преобразовател имеет два существенных недоста.гка: — низкий КПД, в особенности при работ на высоких входных напряжениях, flocKollb весь базовый ток силового транзистора и... Ы„„1749991 А1 и может быть использовано при построении .. импульсных преобразователей с прямым включением диода, Цель изобретения — повышение надежности при расширении рабочих импульсов по длительности, При включении управляющего ключа 8 замыкается цепь разряда накопительного конденсатора 7 через дополнительную обмотку трансформатора тока 3, формируя пусковой импульс, при этом на базу транзистора 4 подается запирающее напряжение. После выключения ключа 1 открывается блокирующий транзистор 4, шунтирующий управля ющий переход ключа 1. 1 ил. требляется непосредственно от входной се ого конденсатора, второй Вывод KOTopot o Для достижения поставленной цели в соединен с базой силового ключа, и транс- устройство управления силовым транэифарматор тока. старным ключом преобразователя напряПервичная обмотка трансформатора то- жения, выполненного .по схеме с прямым ка включена всилову а цепьтранзисторнага 5 включением диода во вторичной обмотке ключа, вторичная обмотка соединена пер- силового трансформатора, содержащее вйм выводом с общей точкой эмиттеров трансформатор тока, первичная обмотка блокирующего и cMfloBOIO транзисторов, а которого предназначена для включения вторым- с базой последнего. Допалнитель- последовательно в силовую цепь транзиная обмотка трансформатора тока последа- 10 сторного ключа, для подключения паралвательна с управляющим ключом включена . лельно управляющему переходу которого между выводами накопительного конденса- предназначена вторичная обмотка транстора. фарматара тока, первый вывод которой соВ этом устройстве накопительный кан- единен с коллектором блокирующего денсатор через свой выпрямительный диод 15 транзистора, база которого соединена с подсоединен с первому выводу вторичной первым выводом вольтограничительнага обмотки трансформатора тока, а вход валь- элемента, коллектор блокирующего транэитоограничительнага элемента связан с пер- стара через включенные последовательно вымвывадам накопительного конденсатора дополнительную обмотку трансформатора непосредственна или через фарсирукпций 20 тока и управляющий ключ соединен с перрезистор. вым выводом первого узла падзаряда, втоЗтоустройствонадежнарабатаетвпре- рай вывод которого соединен с первым образователях, с так называемым релейным выводам диода, первым выводом накопирегулированием; когда длительность раба- тельного конденсатора и первым выводом чего импульса постоянна или мало изменл- 25 второго узла падэаряда, второй вывод котоется. Основной недостаток, присущий рого предназначен для подключения к перрелейнаму регулированию — принципиаль- ваму выводу источника напряжения, для но переменная рабочая частота преабраза- подключения к второму выводу которого вания при малых нагрузках, заходящая 9 предназначен второй вывод накопительнозвуковой диапазон. От этага недостатка сва- 30 ro конденсатора, соединенный с каллектобадны ШИМ-структуры, применяемые как в рам блокирующего транзистора, введены преобразователях с прямым вкл ачением ди- второй диод, блокирующий конденсатор и ода, так и в преобразователях с драсселем- дополнительная обмотка силового транснакопителем. фарматара, первичная обмотка которого . В преобразователях первой группы и 35 включена последовательно в силовую цепь при ШИМ-регулировании в области непре- транзисторного ключа, первый вывод дарывных таков длительность рабочих им- палнительнай обмотки соединен с BTopblM пульсов изменяется незначительно, Однако выводам первого диода, а второй вывод — с при уменьшении нагрузки и переходе в коллектором блокирующего транзистора, режим прерывистых токов длительность 40 змиттер которого соединен с вторым выворабочих импульсов становится прапарциа- дам второго диода, первый вывод которого нальнай величине нагрузки и стремится к соединен с вторым выводам вольтаграничинулю (реально, K малой величине) вместе с тельного элемента и первым выводом блавеличинай нагрузки.: кирующего конденсатора, второй вывод

При снижении нагрузки ниже некото- 45 которого соединен с первым выводам перрай критической величины напряжение HB вага узла падэаряда. накопительном конденсаторе иэвестнага На чертеже представлена злектриче- . устройства из-эа уменьшения энергии заря- скал принципиальная схема предлагаемого да окажется недостаточным для открывания устройства управления. вольтограничительнай цепочки, что приво- 50 На схеме показаны элементы преабрадит к отказу блокировки силового транэи-.. завателя — силовой транзисторный ключ 1, сторного ключа и к уменьшению энергии падсаединяющий первичнуюобматкусилозапуска. В лучшем случае зто приведет к ваго трансформатора 2 к входным питаювыключению преобразователя (при отказе щим шинам, запуска), а более вероятно к ложным сраба- 55 Устройство управления транзистортываниям силового ключа с последующим ным ключом 1 содержит трансформатор его выходом из строя. тока 3> — Зз, первичная обмотка которого

Целью изобретения является повыше- включена в силовую цепь ключа, а вторичwe надежности и обеспечение оптимиза- . ная — вегоэмиттерную цепь, блокирующий ции режима управления. транзистор 4, шунтирующий база-эмиттер5

20

55 ный переход ключа, вольтограничительный элемент 5 (стабилитрон или цепочка диодов), включенный между базой блокирующего транзистора 4 и первым выводом блокирующего конденсатора 6, накопительный конденсатор 7 и управляющий ключ 8, в цепь которого последовательно включена дополнительная обмотка Зз трансформатора тока, Первый вывод блокирующего конденсатора 6 через диод 9 подсоединен к точке соединения вторичной обмотки 32 с эмиттером силового ключа 1, Первый вывод накопительного конденсатора 7 через диод

10 соединен с дополнительной обмоткой силового трансформатора 2. Диод 10 и допол- 1 нительная обмотка силового трансформатора

2 образуют первый узел подэаряда. Второй вывод дополнительной обмотки силового трансформатора 2 соединен с базой силового ключа 1, Второй вывод конденсатора 7 соединен с базой силового ключа 1. Накопительный конденсатор 7 зашунтировэн последовательной цепью из ключа 8 и дополнительной обмотки Зз, Второй вывод блокирующего конденсатора б связан с первым выводом накопительного конденсатора

7. К первому выводу конденсатора 7 подключен узел 11 подзаряда (в простейшем случае это резистор), связанный с источником постоянного напря>кения, например входной шинОЙ, В варианте реализации схема может содержать элементы форсировки: конденса- . тор 12 и/или резистор 13 (на чертеже показаны пунктиром), В этом случае конденсатором 12 шунтируется вольтограничительный элемент 5, а через резистор 13 осуществляется связь цепи обмотка Зз— ключ 8 и выхода блокирующего конденсатора 6 с первым выводом накопительного кон. денсатора 7, В качестве управляющего ключа 8 на схеме показан блокинг-генератор 14 с резистором запуска 15 и упрэвля ощим оптроном 16. Срабатывание -акого ключа 4 происходит при обесточивании его оптрона

16 за счет тока, протекающего через резистор 15. Устройство работает следующим образом. 5

При включении управляющего ключа 8 замыкается цепь разряда: накопительного конденсатора 7 через обмотку Зз трансформатора тока. формируя пусковой импульс, и одновременно через блокирующий конденсатор 6 (и форсирующзий конденсатор 12 при его наличии) на бээу блокирующего, транзистора 4 подается запирающее напряжение. Ключ 1 замыкается и поддерживается в замкнутом состоянии по цепи токовой обратной связи (обмотка 3 ), После выключения ключа 1 (например, по насыщению трансформатора тока) напряжение на трансформаторе тока изменяет знак, а его намагничивающий ток, спадая, заряжает блокирующий конденсатор 6 до напряжения, определяемого пороговым напряжением вольтограничительно1о элемента 5, При этом открывается база-коллекторный переход блокирующего транзистора 4 и последний шунтирует база-эмиттерный переход ключа 1, блокируя его. После выключения силового ключа 1 начинается подъем коллекторного напряжения на нем и после превышения им уровня напряжения питания начинается заряд накопительного конденсатора 7, завершающийся при достижении напряжением на ключе напряжения отсечки (обычно двойно напряжение питания), Далее процесс повторяется, В предлагаемом решении функции блокировки и запуска разделены: оттрансформатора тока заряжается только блокирующий конденсатор 6, емкость которого может быть выбрана достаточно малой для того, чтобы обеспечить его перезаряд при минимально возможной длительности рабочего импульса. Накопительный конденсатор

7, Обеспечивающий запуск (включение ключа 1), заряжается непосредственно от обмотки силового трансформатора 2 при обратном ходе (выключение ключа 1), используя энергию намагничивания силового трансформатора. Тэк как обратное напряжение на ключе 1 всегда Ограничивается (например, размагничивающей обмоткой), то энергия заряда накопительного конденсатора 7 (напряжение на нем) оказывается не зависящей от нагрузки, Кроме того, доступная для запуска энергия в этом случае во много раз больше, чем в случае его зэрядэ От трансформатора тока. Стабильность энергии запуска и ее уровень позволя от обеспечивать надежный запуск силового ключа 1 во всех режимах работы и, кроме того, повысить его порог срабатывания, что также резко повышает надежность преобразователя, защищая его от ложных срабатываний по различных г1омехэм.

Формула иззбретения

Устройство для управления силовым транзисторным ключом преобразователя напряжения, содержащее трансформатор тока, первичная обмотка которого предназначена для включения последовательно в силовую цепь транзисторного ключа, для подключения параллельно управляющему переходу которого предназначена вторичная обмотка трансформатора тока, первый

1749991

Составитель Э.Кравченко

Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор Т,Иванов

Заказ 2601 Тираж Подписное

BHWlflM Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский кбмбинат "Патент", г; Ужгород, ул,Гагарина, 101 вывод которой соединен с коллектором блокирующего транзистора, база которого соединена с первым выводом вольтограничительн ого элемента, коллектор блокирующего транзистора через включенные последовательно дополнйтельную обмоху трансформатора тока и управляющий ключ соединен с первым выводом первого узла подзаряда, второй вывод которого соединен с первым выводом nepioro диода, первым выводом накопительного конденсатора и первым выводом второго узла подзаряда, второй вывод которого предназначен для подключения к первому вьгводу источника напряжения. для подключения к второму выводу которого предназначен второй вывод накопительного конденсатора, соединенный с коллектором блокирующего транзистора, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью повышения надежности при расширении диапазона рабочих импульсов по длительности, в него введены второй диод, 5 блокирующий конденсатор и трансформатор напряжения, первичная обмотка которого предназначена для включения последовательно в силовую цепь транзисторного ключа, первый вывод вторичной

10 обмотки соединен с вторым выводом первого диода, а второй вывод — с коллектором блокирующего транзистора, эмиттер через второй диод соединен с вторым выводом вольтограничительного элемента. сое15 диненным с первым выводом блокирующего конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом первого узла подзаряда.