Полупроводниковый переключательтока

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическинРеспублик 839056 Дополнительное к авт. свид-в 51)М. Кл; 9.79 (2) 2818877/18-21 22)Заявлен присоеаннение явк 03 К 0 Гвнударстаанный кнмнтет СССР(23)йриорнте но аннан изобретен н вткрытнй о 15.06.8. Бюллет УДК 621.374.3 (088.8) публи ования описания 17,06 .81 ата опу(72) Авторы изобретен Н. Бродовски В, Бутор 7) Заявитель ВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ТОКАЭто приводит к нно жению КПД, что явля едос таких полупроводниковых переипо лей тока.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полупроводниковый переключатель тока, содержащий силовой транзистор, коммутирующий трансформатор, имеющий основную обмотку со средней точкой, трансформатор обратной связи, имеющий одну первичную и две вторичные обмотки, и блок управления, при этом коллектор силового транзистора подключен к одному из выводов первичной обмотки трансформатора обратной связи, другой вывод которой подключен через первый силовой диод к одной крайней точке основной обмотки коммутирующего трансформатора, к другой крайней точке которой подключен второй силовой диод, при этом один вывод первой вторичной обмотки трансФорматора обратной связи подключен к Изобретение относится к электротехнике и может найти применение, например, в силовых мостовых преобразователях на транзисторах для управления электродвигателями.Известны полупроводниковые переключатели тока, содержащие силовой транзистор, диоды управления, генератор прямоугольного напряжения, управляющий трансформатор. с первичной обО моткой и вторичной обмоткой со средней точкой. В таких полупроводниковых переключателях тока управляющее напряжение на базе силового транзистора создается эа счет выпрямпения прямоугольного напряжения вторичной обмотки управляющего трансформатора.Величина тока базы силового транзистора выбирается из условия обеспечения режима насыщения силового транзистора при максимальном токе иагруз.ки и минимальном коэффициенте усилеи поддерживается постоянной длях режимов работы 11.эмиттеру силового транзистора, адругой через первый диод управленияподключен к базе силового транзистора, к которой подключен второй диодуправления 21,Недостатком такого переключателяявляется низкая надежность из-запросадок выпрямленного тока в базовой цепи силового транзистора. Этипросадки обусловлены прохождениемпрямоугольного напряжения черезноль. При наличии силового транзистора с высоким быстродействием, атакже, если просадка базового токасовпадает с процессом переключениясилового транзистора, последний может перейти из режима насшщения вактивный режим. В этом случае мгновенная мощность, выделяемая в силовомтранзисторе, может превысить допустимую, что может привести к выходу силового транзистора из строя.Цель изобретения - увеличение надежности за счет устранения просадоквыпрямленного тока в базовой цепи силового транзистора.Указанная цель достигается тем,что полупроводниковый переключательтока, содержащий силовой транзистор,коммутирующий трансформатор, имеющийосновную обмотку со средней точкой,первый трансформатор обратной связи,имеющий одну первичную и две вторичные обмотки, и блок управления, приэтом коллектор силового транзистораподключен к одному из выводов первичной обмотки первого трансформатораобратной связи, другой вывод которойподключен через первый силовой диодк одной крайней точке основной обмоткикоммутирующего трансформатора, к другой крайней точке которой подключенвторой силовой диод, при этом одинвывод первой вторичной обмотки первого трансформатора обратной связиподключен к эмиттеру силового транзистора, а другой через первый диодуправления подключен к базе силовоготранзистора, к которой подключен второй диод управления, снабжен вторымтрансформатором обратной связи с первичной и четырьмя вторичными обмотками, первый трансформатор обратнойсвязи снабжен третьей и четвертойдополнительными вторичными обмотками,коммутирующий трансформатор снабжен, дополнительной обмоткой со среднейточкой, при этом первичная обмотка 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 второго трансформатора обратной связиодним выводом подключена ко второмусиловому диоду, а другим - к коллектору силового транзистора, перваявторичная обмотка второго трансформатора обратной связи подключена однимвыводом ко второму диоду управления,а другим - к эмиттеру силового транзистора, при этом дополнительнаяобмотка коммутирующего трансформаторавместе со вторыми, третьими и четвертыми обмотками первого и второготрансформаторов обратной связи подключены к блоку управления; блок управления снабжен источником тока, шестью коммутирующими диодами и двумяуправляющими полупроводниковыми ключами, при этом вторые вторичные обмотки трансформаторов обратной связи совместно с первым и вторым коммутирующими диодами, включенными последовательно с каждой из них, образуют две соединенные одними концами с зем" ляной шиной блока управления параллельные цепи, к которым параллельноподключена внешняя цепь первого управляющего полупроводникового ключа, третьи вторичные обмотки трансфор- маторов обратной связи общей точкой через внешнюю цепь второго управляющего полупроводникового ключа подключен к земляной шине блока управления, а свободными выводами через третий и четвертый коммутирующие диоды подключены к крайним точкам дополнительной обмотки коммутирующего трансформатора, средняя точка которой через источник тока подключена к земляной шине блока управления, при этом общая точка четвертых вторичных обмоток трансформаторов обратной связи подключена к земляной шине блока управления, а свободные выводы черезпятый и шестой коммутирующие диодыподключены к крайним точкам дополнительной обмотки коммутирующего трансформатора,На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства,Полупроводниковый переключательтока содержит силовой транзистор 1,резистор 2, первый трансформатор 3обратной связи. с первичной обмоткой4, первой вторичной обмоткой 5, второй вторичной обмоткой 6, третьейвторичной обмоткой 7 и четвертойвторичной обмоткой 8, второй транс30 5 8390Форматор 9 обратной связи с первичной обмоткой 10, первой вторичнойобмоткой 11, второй вторичной обмоткой 12, третьей вторичной обмоткой 13 и четвертой вторичной обмоткой 14, первый и второй силовые диоды 15 и 16, первый и второй диоды17 и 18 управления, коммутирующийтрансформатор 19 с основной обмоткой 20 со средней точкой 21 и крайними точками 22 и 23 и с дополнительной обмоткой 24 со средней точкой 25 и крайними точками 26 и 27,блок 28 управления с управляющейклеммой 29, источником 30 тока, первым управляющим полупроводниковымключом 31, вторым управляющимолупроводниковым ключом 32 и первым,вторым, третьим, четвертым, пятыми шестым коммутирующими диодами 2033-38, выходную клемму 39 и земляную шину 40,База силового транзистора 1 подключена к резистору 2 и через первый и второй диоды 17 и 18 управления подключена соответственно ккрайним точкам первых вторичных обмоток 5 и 11. Эмиттер силового транзистора 1 подключен к выходной клемме 39, резистору 2 и к общей точкепервых вторичных обмоток 5 и 11. Коллектор силового транзистора 1 подключен к общей точке первичных обмоток4 и 1 О, Крайние точки первичных обмоток 4 и 1 О через первый и второй сило вые диоды 15 и 16 соответственно подключены к крайним точкам 22 и 23 основной обмотки 20. Крайние точки вторых вторичных обмоток 6 и 12, третьихвторичных обмоток 7 и 13, четвертых 4 фвторичных обмоток 8 и 14 подключенык блоку 28 управления, при этом общаяточка вторых вторичных обмоток 6 и12 подключена к коллектору первогоуправляющего полупроводникового клю- ф 5ча 31, а крайние точки вторых вторичных обмоток 6 и 12 через первый ивторой коммутирующие диоды 33 и 34соответственно подключены к землянойшине 40, общая точка третьих вторичных обмоток 7 и 13 подключена к коллектору второго управляющего полупроводникового ключа 32, а крайниеточки третьих вторичных обмоток 7и 13 через коммутирующие диоды 37и 35 соответственно подключены ккрайним точкам 26 и 27 дополнительнойобмотки 24, общая точка четвертых 56 6вторичных обмоток 8 и 14 подключенак земляной шине 40, а крайние точкичетвертых вторичных обмоток 8 и 14через пятый и шестой коммутирующиедиоды 36 и 38 соответственно подключены к крайним точкам 27 и 26 дополнительной обмотки 24, Средняя точка 25дополнительной обмотки 24 подключеначерез источник 30 тока к землянойшине 40. Эмиттеры управляющих полупроводниковых ключей 31 и 32 объединены и подключены к земляной шине 40.Базы управляющих полупроводниковыхключей 31 и 32 объединены и подключены к управляющей клемме 29, Цепьнагрузки подключается к средней точке 21, являющейся и выходной клеммойосновной обмотки 20, и выходной клемме 39.Полупроводниковый переключательтока работает следующим образом.В исходном состоянии силовой транзистор 1 закрыт, На управляющую клемму 29 подан отрицательный потенциал.Первый управляющий полупроводниковыйключ 31 открыт, а второй управляющийполупроводниковый ключ 32 закрыт,На крайних точках 22 и 23 основнойобмотки 20 и крайних точках 26 и 27дополнительной обмотки 24 коммутирующего трансформатора 19 присутствуетпрямоуголь;,ое двуполярное напряжениевысокой частоты (например 50 к 1 ц)как в исходном состоянии, так и врабочем режиме, трансформируемоеиз первичной обмотки коммутирующеготрансформатора 19,В том случае, когда силовой транзистор 1 открыт, через коллектори цепь, образованную основной обмоткой 20, первым и вторым силовымидиодами 15 и 16 и первичными обмотками 4 и 1.0, протекает ток нагрузки.Ток нагрузки, протекая попеременнопо первичным обмоткам 4 и 10, трансформируется в первые вторичные обмотки 5 и 11 соответственно и выпрям.ляется с помощью первого и второгодиодов 17 и 18 управления. В моментывремени, при которых прямоугольноенапряжение изменяет свой знак накрайних точках 22 и 23 основной обмотки 20, ток нагрузки протекаетодновременно по первичным обмоткам4 и 10 и, трансформируясь в первыевторичные обмотки 5 и 11 соответственно, поступает на базу силовоготранзистора 1. Ток, поступающий на5 10 15 20 Формула изобретения 30 35 40 45 50 ,55 7 83базу силового транзист ра 1, подцерживается неизменным в течение времени, пока на управляющей клемме 29присутствует положительный потенциал. Таким образом, введение второготрансформатора 9 обратной связи иск"лючает возможность возникновенияпросадок тока в базовой цепи силового транзистора 1, что повышает надежность полупроводникового переключателя тока.Первоначальное открывание силового транзистора 1 осуществляется следующим образомПри подаче на управляющую клемму 29 положительного потенциала первый управляющий полупроводниковый ключ 31 закрывается, авторой управляющий полупроводниковыйключ 32 открывается. Открытое состояние второго управляющего полупроводникового ключа 32 обеспечиваетпротекание тока от источника 30 токапо цепи, образованной дополнительной обмоткой 24, коммутирующимидиодами 35 и 37 и третьими вторичными обмотками 13 и 7. Ток от источника 30 тока, протекая попеременнопо третьим вторичным обмоткам 7 и13, трансформируется в первые вторичные обмотки 5 и 11 соответственно.,выпрямляется с помощью первого ивторого диодов 17 и 18 управленияи далее поступает на базу силовоготранзистора 1, вызывая его включение.В моменты времени, при которых прямоугольное напряжение изменяет свойзнак на крайних точках 26 и 27 дополнительной обмотки 24, ток от источника 30 тока протекает одновременно по третьим вторичным обмоткам 7и 13 и, трансформируясь в первые вторичные обмотки 5 и 11 соответственно,поступает на базу силового транзистора 1. Таким образом, введение блока28 управления исключает возможностьвозникновения просадок базового токасилового транзистора 1 в моменты переключения,Закрывание силового транзистора 1осуществляется следующим образом.При подаче на управляющую клемму 29отрицательного потенциала, первый управляющий полупроводниковый ключ 31открывается, а второй управляющийполупроводниковый ключ 32 закрываетсяКрайние точки вторых вторичных обмоок 6 и 12 оказываются шунтирован,ными открытым переходом коллектор 9056 8 эмиттер первого управляющего полупроводникового ключа 31. В этом случае напряжение на крайних точкахпервых вторичных обмоток 5 и 11 практически равно нулю. Ток на базу силового транзистора 1 не поступает, чтоприводит к закрыванию последнего.Силовой транзистор 1 закрыт в течениевремени, пока на управляющей клемме29 присутствует отрицательныи потенциал,В некоторых случаях бывает целесо"образно снабдить силовой транзистор 1источником отрицательного базовогосмещения, что позволяет уменьшитьвремя рассасывания силового транзистора 1 (на чертеже не показан),Для перемагничивания магнитопрово.дов трансформаторов 3 и 9 обратной связи служат четвертые вторичные обмотки 8 и 14. Цепь, образованная до.полнительной обмоткой 24, коммутирующими диодами 36 и 38 и четвертымивторичными обмотками 8 и 14, попеременно подключает к последним перемагничнвающее напряжение,1. Полупроводниковый переключатель тока, содержащий силовой транзистор, коммутирующий трансформатор, имеющий основную обмотку со средней точкой, первый трансформатор обратной связи, имеющий одну первичную и две вторичные обмотки, и блок управления, при этом коллектор силового транзистора подключен к одному из выводов первичной обмотки первого трансформатора обратной связи, другой вывод которой подключен через первый силовой диод к одной крайней точке основной обмотки коммутирующего трансформатора, к другой крайней точке которой подключен второй силовой диод, при этом один вывод первой вторичной обмотки первого трансформатора оьратной связи подключен к эмиттеру силового транзистора, а другой через первый диод управления подключен к базе силового транзистора, к которой подключен второй диод управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности, он снабжен вторым трансформатором обратной связи с первичной и четырьмя вторичными обмотками, первый трансфор матор обратной связи снабжен третьей и четвертой дополнительными вторичными обмотками, коммутирующий трансфор"9 83 матор снабжен дополнительной обмоткой со средней точкой, при этом первичная обмотка второго трансформатора обратной связи одним выводом подключена ко второму силовому диоду, а другим - к коллектору силового транзистора, первая вторичная обмотка второго трансформатора обратной связи подключена одним выводом ко второму диоду управления, а другим - к эмиттеру силового транзистора, при этом дополнительная обмотка коммутирующего трансформатора вместе со вторыми, третьими и четвертыми обмотками первого и второго трансформаторов обратной связи подключены к блоку управления.2, Переключатель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок управления снабжен источником тока, шестью коммутирующими диодами и двумя. управляющими полупроводниковыми ключами, при этой вторые вторичные обмотки трансформаторов обратной связи совместно с первым и вторым коммутирующими диодами, включенными последовательно с каждой из. них, образуют две соединенные одними концами с земляной шиной блока управления параллельные цепи, к которым параллельно подключена внешняя цепь первого управляю 9056 1 Ощего полупроводникового ключа, третьи вторичные обмотки трансформаторовобратной связи общей точкой черезвнешнюю цепь второго управляющегополупроводникового ключа подключенык земляной шине блока управления,а свободными выводами через третийи четвертый коммутирующие диоды подключены к крайним точкам дополнитель 10 ной обмотки коммутирующего трансформатора, средняя точка которой черезисточник тока подключена к землянойшине блока управления, при этом общая точка четвертых вторичных обмо 15 ток трансформаторовобратной связиподключена к земляной шине блокауправления, а свободные выводы черезпятый и шестой коммутирующие диодыподключены к крайним точкам допол 20 нительной обмотки коммутирующеготрансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Балагуров В.А., Гридин В.М.,25 Лозенко В.К, Бесконтактные двигателипостоянного тока с постоянными магнитами. М., "Энергия", 1975, с. 25,рис. 14 а.2, Авторское свидетельство СССР30 Р 275126, кл, Н 03 К 17/56, 1970.