Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом

 

Сущность изобретенияпри наличии сигнала запирания на управляющем входе фазосдвигающего узла 3 состояние аналогичны выходов счетного триггера 2 и D- триггера 4 различно и ключи с двусторонней проводимостью 7 и 8 обеспечивают формирование на выходной клемме 9 устройства отрицательного импульса напряжения При наличии сигнала запирания на управляющем входе фазосдвигающего узла триггеры работают синфазно и на выходной клемме формируется отрицательный импульс напряжения ФазосдвигающИйузел обеспечивает регулирование фазового сдвига выходного сигнала относительно сигнала, поступающего на его вход с выхода генератора 1 импульсов 4 ил. Ё VI СЛ 1 О 4 М Фиг.1

!

Ж 1757047 А1 союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК (5Г)5 Н 02 М 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 2 (21) 4884504/07 - . (57) Сущность изобретения: при наличии (22) 21. 11.90 .:: .. сигнала запирания на управляющем входе (46) 23.08.92. Бюл. N 31:,, фазосдвигающего узла 3 состояние анало(71) Киевский политехнический институт им. Гичныъ выходов .счетного триггера 2 и 050-летия Великой Октябрьской социалисти- триггера 4 различно и ключи с двусторонней ческой революции проводимостью 7 и 8 обеспечивают.форми(72) В.И. Сенько, И.П. Макаренко, В.А. Свят-: рование на выходной клемме 9 устройства ненко и А,П, Калиниченко ., отрицательного импульса напряжения. При. (56) Авторское свидетельство СССР N. наличии сигнала запирания на управляю1203657, кл. Н 02 M 1/08, 1986..::, - щем входе фазосдвигаЮщего узла триггеры

Авторское свидетельство СССР М работают синфазно и йа выходной клемме

1243075„кл, Н 02 M 7/537, 1986. формируется отрицательный импульс нэАвторское свидетельство СССР М пряжения. Фазосдвигающийузелобеспечи1418865, кл. Н 02 М 1/08, 1988.. вает регулирование- фазового сдвига (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИ- . выходного сигнала относительйо сигнала, ЛОВЫМ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ КЛЮ- поступающего на его вход с выхода генераЧОМ .. - ..:: тора 1 импульсов. 4 ил.

1757047

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления силовым полупроводниковым ключом, в частности транзистором, в высокочастотных полупроводниковых преобразователях, Известен транзисторный ключ, содержащий основной транзистор и блок управления с входным трансформатором, обеспечивающйм гальваническую развязку, Недостатком устройства является рабо-та основного трансформатора с подмагничиванием, что ухудшает массогабаритные показатели транзисторного ключа, Известно устройства управления силовым транзистором, содержащее основной и вспомогательный генераторы прямоугольHb(x импульсов, связанные между собой фазосдвигающим узлом, основной и вспомогательный сотласующйе трайсформаторы, первичные- обмотки которых подключены к соответствующий генераторам, Недостатком устройства является узкий диапазон регулирования. В устройстве импульс отпирафщего напряжения формируется тогда, когда выходное напряжение обоих генераторов положительно. В противном случае устройство формирует запирающее напряжение, прикладываемое к управляющему переходу. транзистора. Таким образом ширина импульса отпирэющего напряжения не может быть больше половины периода работы генераторов, а

Значит, управление длительностьЮ открытого состояния силового транзйстора ограничено.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления силовым. транзисторным ключом, содержащее генератор импульсов, основной трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена со средним выводом, использованным в качестве первой выходйой клеммы устройства, два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы которых соединены с соответствующими крайними выводами вторичной обмотки основного трансформатора, а вторые выводы объединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства, и дополнительный трансформатор, две вторичные обмотки которого соединены с управляющими входами ключей с двусторонней проводимостью.

Недостатками известного устройства являются ограниченный частотный диапазон формируемых импульсов и низкая надежность функционирования, В известном устройстве используются ключи с двусторонней проводимостью на тиристорах с orраниченной частотой переклю,ения порядка единиц кГц, Применение полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью в известном устройстве не5 возможно, так как используемый в устройстве селектор длительности импульсов формирует узкие импульсы управления только для включения соответствующих тиЛ ристоров. Кроме того, при несогласаванно10 сти импульса управления силовым транзистором с частотой генератора импульсов задержка франтов формируемого устройством импульса управления силовым транзистором не определена, что вызывает

15 неопределенность моментов переключения. силового ключа, которая может вызывать сбои в работе преобразователя, Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение на20 дежности функционирования.

В устройство для управления силовым полупроводниковым ключом, содержащее генератор импульсов, основной трансформатор, вторичная обмотка которого выпол25 нена со средним выводом, использованным в качестве первой выходной клеммы устройства, два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы которых соединены с соответствующими крайними выводами

30 вторичной обмотки основного трансформатора, а вторые выводы обьединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства, и дополнительный трансформатор, две вторичные обмотки ко35 торого соединены с управляющими входами ключей с двусторонней проводимостью, введены фазосдвигающий узел, D-триггер и счетный триггер. тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, 40 прямой и инверсный выходы соединены с выводами первичной обмотки основного трансформатора, а прямой выход соединен с установочным входом D-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом ге45 нератора импульсов через фазосдвигающий узел, вход задания фазового сдвига которого использован в качестве входа устройства, причем прямой и инверсный выходы 0-триггера соединены с выводами первичной об50 матки дополнительного трансформатора, а ключи с двусторонней проводимостью выполнены полностью управляемыми.

На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема устройства для уп55 равления силовым полупроводниковым ключом, в частности транзисторным; на фиг.

2 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства; на фиг. 3— электрическая принципиальная схема фазосдвигающега узла; на фиг. 4 — временные

1757047 диаграммы, поясняющие принцип работы фазосдвигающего узла.

Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом, в частности транзисторным (фиг, 1), содержит генератор

1 импульсов, выход которого подключен к тактовому входу счетного триггера 2, а через фазосдвигающий узел 3 — к тактовому входу

D-триггера 4,основной трансформатор 5, 10 средний вывод вторичной обмотки которого образует первую выходную клемму 6 устройства, полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью 7 и 8, первые выводы которых подключены к выводам вто15 ричной обмотки основного трансформатора

5, а вторичные выводы обьединены и образуют вторую выходную клемму 9 устройства, дополнительный трансформатор 10, первичная обмотка которого подключена к мотки 11 и 12 соединены с управляющими входами ключей с двусторонней проводимостью 7 и 8 соответственно.

Нэ временных диаграммах (фиг. 2), п.îясняющих принцип работы устройства. 25 представлейы выходной сигнал 13 генератора 1 импульсов, сигнал 14 на прямом выходе счетного триггера 2, выходной сигнал

15 фэзосдвигающего устройства 3, сигнал

16 на прямом выходе D-триггера 4, форма

17 напряжения на вторичной обмотке основного трансформатора 5, напряжение 18 на вторичной обмотке 11 дополнительного трансформатора 10, напряжение 19 на вто35 ричной обмотке 12 дополнительного трансформатора 10. напряжение 20 на выходе устройства, Фазосдвигающий узел (фиг. 3) содержит компаратор 21, выход 22 которого явля40 ется выходом фазосдвигающего узла, э инвертирующий вход 23 является входом задания фазового сдвига, генератор пилообразного напряжения на транзисторах 24 и 25, резисторах 26 и 27 и конденсаторе 28, тактовый вход 29 которого является входом 45 фазосдвигающего узла, а выход 30 подключен к прямому входу компэратора 21.

Нэ временных диаграммах (фиг. 4), поясняющих принцип работы фазосдвигаю50 щего узла, представлены входные импульсы фазосдвигающего узла, сигналы 32 на прямом и инверсном входах компаратора, сигнал 33 на. выходе компаратора.

Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом работает следующим образом (фиг. 1 и 2).

Частоту fn повторения импульсов, формируемых устройством управления силовым полупроводниковым ключом, задает генератор 1; выходные импульсы 13 которовыходам D-триггера 4, а две вторичные. об- 20 го поступают на вход фазосдвигающего узла

3 и тактовый вход счетното триггера 2, последний формирует меандр напряжения 14 с частотой „/2, которое трансформируется основным трансформатором 5 so вторичную обмотку (фиг. 2, 17). На выходе фазосдвигающего узла 3 формируются импульсы 15. передний фронт которых задержан относительно переднегО фронта выходных импульсов 13 генератора 1 на время Л t (фиг. 2), определяемое заданием фазового сдвига на входе устройства, D-триггер 4 переключается по переднему фронту импульсов 15 в состояние, соответствующее состоянию счетногб триггера

2, так как прямой выход последнего подключен к установочному вхбду D-триггера 4, Напряжение 16 на прямом выходе D-триггера

4 трансформируется дойолнительным трансформатором 10 во вторичные обмотки

11 и 12 (напряжения 18 и 19 соответственно), Положительное напряжение на обмотке

11 переводит ключ с двусторонней проводи мостью 7 в замкнутое состояние, а отрицательное — в разомкнутое, Аналогично управляется ключ с двусторонней проводимостью 8 напряжением на вторичной обмотке 12.

Положительное напряжение 20 на выходных клеммах 6 — 9 устройства устанавливается на интервалах времени; когда совпадают состояния счетного триггера 2 и

D-триггера 4 (фиг. 2, t1-t -i z). Нэ интервале 11 — т 1 (фиг, 2) положительный потенциал начала вторичной обмотки основного трансформатора 5 передается выходной клемме 9 через замкнутый ключ с двусторонней проводимостью 7, а на интервале

t2 — t 2 (фиг, 2), когда напряжение 17 íà ВТо ричной обмотке основного трансформатора

5 меняет знак, положительный потенциал конца вторичной обмотки основного трансформатора 5 передаетСя выходной клемме

9 через замкнутый ключ с двусторонней проводимостью 8.

На интервалах времени с различным состоянием счетного триггера 2 и 0;триггера 4 (фиг, 2, tp-tq, t q — t2), нэ выходных клеммах 6 и 7 устанавливается отрицательное напряжение 20. На интервале to — t1 (фиг. 2) отрицательный потенциал конца вторичной обмотки основного трансфбрмэтора 5 передается к выходной клемме 9 через замкнутый ключ с двусторонней проводимостью 8, а на интервале t 1 — t2 (фиг. 2). когда напряжение 17 на вторичной обмотке основного трансформатора меняет знак, отрицательный потенциал начала вторичной обмотки основного трансформатора 5 передается к выходной клемме 9 через замкнутый ключ с

1757047 двусторонней. проводимостью 7. Дальше указанный процесс повторяется.

В устройстве для управления силовым полупроводниковым ключом генератор 1 импульсов выполнен нэ логических интегральных микросхемах, счетный триггер 2 и

D-триггер 4 имеют выходные усилители тока, что позволяет подключать непосредственно . к их выходам основной трансформатор 5 и дополнительный трансформатор 10 соответственно, в качестве которых использовались импульсные трансформаторы МИТ-12, Ключи с двусторонней проводимостью выполнены на транзисторах 2Т908А, включенных в диагонали диодных мостов, собранных на диодах

КД212А. Фазосдвигающий узел 3 (фиг. 3 и 4) выполнен на компэрэторе 21 (K554CA3) и генераторе пилообразного напряжения, собранном на транзисторах 24 (КП103Е), 25 (КТ630Б), резисторах 26, 27 и конденсаторе

28.

Принцип работы фазосдвигающего узла

3 заключается в сравнении напря>кения задания фазового сдвига нэ входе 23 с пилообразным напряжением на выходе 30, поступающих на входы компараторэ 21. Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом . формирует управляющее напряжение транзисторного ключа КТ847 в преобразователе, работающем на частоте 20 кГц.

Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом позволяет существенно повысить частоту формируемых импульсов, что дает возможность выбирать тактовую частоту преобразователей в десятки кГц, снижая массогабаритные показатели реактивных элементов преобразователя, Кроме того, жесткая связь между уровнем задания фазового сдвига на входе устройства и длительностью формируемого отрицательного импульса устраняет возможность сбоя в работе устройства, что повышает надежность его функционирования.

Формула изобретения

Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом, содержащее генератор импульсов. основной

10 трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена со средним выводом, использованным в качестве первой выходной клеммы устройства, два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы кото15 рых соединены с соответствующими крайними выводами вторичной обмотки основного трансформатора, а вторые выводы объединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства, и допол20 нительный трансформатор, две вторичные обмотки которого соеди зны с управляющими входами ключей с двусторонней проводимостью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона

25 и повышения надежности, введены фазосдвигающий узел, D-триггер и счетный триггер, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, прямой и инверсный выходы соединены с выводами

30 первичной обмотки основного трансформатора, а прямой выход соединен с установочным входом О-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов через фазосдвигающий узел, 35 вход задания фазового сдвига которого использован в качестве входа устройства, причем прямой и инверсный выходы 0-триггера соединены с выводами первичной обмотки дополнительного трансформатора, а ключи

40 с двусторонней проводимостью выполнены полностью управляемыми.

1757047

+ Фюл

Составитель В. Святненко

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор И,Шулла

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

Заказ 3097 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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