Устройство для управления полупроводниковым ключом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОЗК 17 00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Я ни- ек- чеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(72) А.ВКобзев и В, ФКощевец (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромехани ки при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) 1 Авторское свидетельство СССР В 424280 кл Н 02 М 1/08, 19752. Справочник по преобразовательной технйке . Под ред, И.М.Чиженко, Киев, фТехникаф, 1978 с, 221.(54)(57). 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ КЛЮЧОМ, содержащее первый формирователь импульсов, состоящий из основного транзистора импульсного трансфор-, матора, резистора, диода конденсатора и источника питания, причем ,вторичная обмотка импульсного трансформатора подключена к управляющим электродам полупроводнико вого ключа, о т л и ч,а ю щ .е ес я тем, что, с целью расширения . функциональньи возможностей, в, него введены второй формирователь импульсов, ограничитель скважности, Формирователь длительности, в первый формирователь импульсов введен дополнительный транзистор, база которого соединена через последовательно соединенные конденса-.тор и дополнительную обмотку импульсного трансформатора, зашунти- рованные резистором, с эмиттераья .основного и дополнительного транзисторов и минусовой клеммой источцика питания, плюсовая клемма кото. рого сОединена через часть первичной обмотки импульсного трансформатора с коллектором дополтельного транзистора, а с коллтором основного транзистора -,ЯО 1064460 А рез всю первичную обмотку,и диод, включенный в прямом направлении, база основного транзистора Формирователя импульсов является входом, первого формирователя, причем второй формирователь выполнен иден. тично первому, вход первого Формирователя импульсов соединен с выходом ограничителя скважности и входом Формирователя длительности, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов и с первым входом ограничителя скважности, второй вход которого образует входную шину устройства . 2. Устройство по п, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что ограничитель скважности содержит пер" вый элемент НЕ и первый элемент И,первые входы которых соответственно являются входом ограничителяскважности и входом устройства,выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого является выходом ограничителя скважности.3., Устройство по п,1, о т л и -ч а,ю щ е е с я тем, что Формирователь длительности содержит второй и третий резисторы, интегратор, компаратор, инвертор, второйэлемент И, второй элемент НЕ, входкоторого является входом формирователя длительности и соединен через второй резистор с входом интегратора, выход которого подключенк первому входу компаратора, второй вход которого соединен с,нулевой шиной, а выход подключен кпервому входу второгоэлемента И,второй вход которого подключен квыходу второго элемента НЕ, а выход его является выходом формирователя длительности и через инвертор и .третий резистор соединен с1 входом интегратора,10644 бО импульсов сердечни 5 30 20 30 35 40 50 4. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что импульсные трансформаторы первого и Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам формирования импульсньксигналов, и может быть использованов автоматике и преобразовательнойтехнике.Известно устройство управления. транзисторным ключом, построенноена трансформаторах тока 1 ,Однако это устройство не позволяет форсировать процесс включенияи выключения полупроводниковогоключа,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления полупроводниковым ключом, со 3держащее формирователь импульсов,состоящий из основного транзистора; импульсного трансформатора, резистора, диода, конденсатора и источника питания, причем вторичнаяобмотка импульсного трансформатора подключена к управляющим электродам полупроводникового ключа 2,Недостатком известного устройства являются узкие Функциональные 2возможности устройства, так каконо макет быть использовано толькодля формированиузких однополярныхимпул ьсов,Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для управления полупроводниковым ключом, содержащее первый Формировательимпульсов, состоящий из основноготранзистора импульсного трансформатора, резистора, диода и конденсатора и источника питания, причем вторичная обмотка импульсноготрансформатора подключена к управляющим электродам полупроводникового ключа, введены второй формирователь импульсов, ограничительскважности, Формирователь длительности, причем в первый Формирователь импульсов введен дополнительный транзистор, база которого соединена через последовательно соединенные конденсатор и дополнительную обмотку импульсного трансформатора, зашунтированные резистором, с эмиттерами основного и дополнительного транзисторов и минусовой клеммой источника питания,плюсовая клемма которого соедивторого формирователя выполнены на одном ке. 2иена через чаСть первичной обмотки импульсного трансформатора с коллектором дополнительного транзистора, а с коллектором основного транзистора - через всю первичную обмотку,и диод, включенный в прямом направлении, база основного транзистора формирователя импульсов. является входом первого формирователя, причем второй формирователь выполнен идентично первому, вход первого Формирователя импульсов соединен с выходом ограничителя скважности и входом формирователя длительности, выход которого соединен с входом второго формирователя импульсов и с первым входом ограничителя скважности, второй вход которого образует входную шину устройства,Ограничитель скважности содержит первый элемент НЕ и первый элемент И, первые входы которых соответственно являются входами ограничителя скважности и входом устройства, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого является выходом ограничителя скважности,формирователь длительности содер. жит второй и третий резисторы, интегратор, компаратор, инвертор, второй элемент И, второй элементЙЕ,вход которого является входом формирователя длительностии соединен через второйрезистор с входом инвертора, выходкоторого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с нулевой шиной,а выход подключен к первому входувторого элемента И, второй входкоторого подключен к выходу второго элемента НЕ, а выход его является выходом формирователя длительности и через инвертор и третийрезистор соединен с входом интегратора,Импульсные трансформаторы формирователей импульсов выполнены наодном сердечнике,На фиг, 1 приведена принципиальная схема устройства; на Фиг, 2 диаграммы напряжений на контрольных точках.Устройство для управления полупроводниковым ключом, содержитформирователи 1 и 2 импульсов, состоящие из основного транзистора 3, импульсного трансформатора 4 с обмотками 5, резистора 6, диода 7 конденсатора 8 и источника 9 питания, причем вторичная обмотка 10 импульсного трансформатора 4 подключена к управляющим электродам полупроводникового ключа 11, а .также содержит, ограничитель 12 скважности, формирователь 13 длительности, В формирователи 1 и 2 импульсов введен дополнительный транзистор 14, базы которого соединены через последовательную цепь из конденсатора 8 и дополнительную обмотку 15 импульсного трансформатора 4, параллельно последовательной цепи включен ре" зистор с эмиттерами основного и дополнительного транзисторов 3 и 14 и минусовой клеммой источника 9 питания, плюсовая клемма которого связана, через первичную обмотку 5 импульсного трансформатора 4 с коллектором дополнительного транзистора 14 через часть первичной обмотки 5 и с коллектором основного транзистора:3 через всю первичную обмотку 5 и диод 7, включенный в прямом направлении База основного транзистора Формирователя 1 импульсов является его входом,Вход первого формирователя 1 импульсов соединен с выходом ограничителя 12 скважности, с входом формирователя 13 длительности, выход которого соединен с входом второго Формирователя 2 импульсов и первым входом ограничителя 12 скважности, второй вход 16 которого образует входную шину устройства,Ограничитель,12 скважности содержит первый элемент НЕ 17 и первый элемент И 8 первые входы которых соответственно являются входом ограничителя 12 скважности и входом 16 устройства, выход первого элемента НЕ 17 соеди" нен с вторым входом первого элемента И 18, выход которого является выходом ограничителя скважности, соединенный с входом формирователя длительности, входом которого является вход второго элемента НЕ 19, соединенный через второй резистор 20 с интегратором 21, выход которого подключен к первому вхбн; ду компаратора 22, второй вход которого соединен с нулевой шиной, а выход подключен к первому входу второго элемента И 23, второй вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ 19, а выход его через инвертор 24 и третий резистор 25 соединен с входом интегратора 21 и непосредственно с входом ограничителя 12 скважности и вторым Формирователем 2 импульсов,причем импульсные трансформаторыформирователей импульсов выполненына одном сердечнике, На диаграммах (фиг. 2) представлены; а - напряжение на входе 16 устройства;б - выходное напряжение устройства;в - напряжение на выходе интегратора 21; г - напряжение на выходекомпаратора 22; д - выходное напряжение элемента НЕ 19; е - на .пряжение на выходе элемента И 23;ж - выходное напряжение инвертора 24.Устройство работает следующимобразом.В момент появления на входе 16устройства импульса (Фиг. 2 а) свхода ограничителя 12 скважностисигналпоступает на вход формирователя 13 длительности и на базуосновного транзистора 3 формирователя 1, Транзистор 3 открывается,Одновременно открывается и дополнительный транзистор 14 за счетположительной обратной связи с обмотки 3 5 через конденсатор,825 В этот момент. формируется максимальная амплитуда выходного импульса (фиг, 2 б) во вторичной обмотке.10, подключенной к управляющим электродам полупроводникозого ключа 11Время включенного состояния транзистора 14 определяется величинойемкости конденсатора 8, который заряжается через управляющий переход транзистора 14 от обмотки 15импульсного, трансформатора 4, Послезакрытия транзистора 14 амплитуданапряжения уменьшаетсяТранзистор 3 остается включенным до окончания действий входного импульс,Выходное напряжение ограничителя, 40 12 скважности также поступает навход формирователя 13 длительности,т.е. на вход элемента 19 и черезрезистор 20 - на вход интегратора21, на выходе которого появляется 45:нарастающее напряжение (фиг.2 в)Компаратор 22 переключателя и еговыходное напряжение (фиг. 2 г) поступает на первый вход элемента 23,На второй вход этого элемента поступает напряжение (фиг. 2 д) с выхода элемента 19 и блокирует прохождение напряжения (фиг, 2 г) до техпор, пока не исчезнет входное напряжение на входе устройства 1,6.По окончании входного импульсатранзистор 3 первого формирователязакрывается, а транзистор 3 второго формирователя импульсов открывается выходным напряжением(фиг 2 е) элемента. 23, Одновремен но открывается дополнйтельный транзистор 14 второго формирователяза счет положительной обратнойсвязи с .обмотки 15 через конденсатор 8, Во вторичнэй обмотке 105 появляется напряжение (Фиг. 2 Ь)1064460 ПП иПатент",д,ул,Проектная Филиалг.ужг максимальной амплитуды и форсирует запирание полупроводникового каоча 11, Время включения состояния дополнительного транзистора 14 определяется величиной конденсатора 8. После закрывания транзистора 14 амплитуда напряжения (фиг.2 б) уменьшается. Выходное напрякение (фиг, 2 е) элемента 23 инвертируется в напряжение (фиг,2 ж) обратной полярности инвертором 24 и через резистор 25 поступает на вход интегратора 21, Напряжение (фиг. 2 в) интегратора 21 падает Выходное напряжение (фиг. 2 е) элемента 23 также поступает на вход элемента 17 ограничителя скважности 12 и запрещает прохождение управляющего сигнала до окончания формирования напряжения (фиг,2 б) обратной полуволны,Таким образом, введение в устройство для управления полупроводниковым ключом второго формирователя импульсов, ограничителяскважности Тираж 936 Подписно и блока формирователя длительностипозволяет повысить надежность уст.ройства за счет формирования на выходе разнополярных импульсов, приоднополярных входных, обеспечивая5 при этом форсирование процессов открывания и закрывания полупроводниковых кабелей, что приводитк увеличению их быстродействия, аэто особенно важно при параллель 10 ном или последовательном включенииполупров одн иковых ключейСовместное подключение двух формирователей позволяет использоватьсердечник импульсного трансформато(5 ра по полному циклу перемагничивания. Это позволяет уменьшить габариты импульсного трансформатора,а также разгружает основные транзисторы устройства от больших токов намагничивания, Исключение резистора в цепи питания резко повы,шает КПД устройства. Устройство позволяет успешно управлять противотактными ключами,