Устройство для усиления и передачи импульсов управления ключами статических преобразователей

(71) Московский ордена Ленина энергетический институт(56) 1. Авторское свидетельство; СССР заявке Юе 2391540/24-07, кл. Н 02 М18.07.76.2. Коссов О. А. Усилители мощное .транзисторах в режиме переключений.(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ИМПУЛЛЬСОВ УПРАВЛЕНИЯ . КЛЮЧАМИ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее трансформатор с первичными обмотками с одинаковым числом витков, один конец первой первичной обмотки подклю. чен к выводу одной полярности первого источ.Р ника питания (с напряжением Е т ), а один ко. нец второй и другой конец первой первичной обмотки ны к соответствующим од. ноименнь дным электродам двух основпо7/537 ти наМ. - Л.,подключе)м выхо УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ных транзисторов, при этом другой выходной электрод первого основного транзистора под ключен к выводу противоположной полярности. первого источника питания, о т л и ч а ю . щ е е с я тем, что, с целью расширения областиприменения путем передаФ управляю щих импульсов с произвольно заданной скваж. костью, в устройство введены й - .1, где й - число натурального ряда чисел, дополнительных транзисторов и второй источник питания с )чпромежуточными выводамн ).х уровней напряжения, при этом один из крайних выво. дов второго источника питания подключен к другому концу второй первичной обмотки, другой выходной электрод второго основного транзистора и одноименные с ним выходныеЯ электроды И - 1 дополнительных транзисторов подсоединены к промежуточным выводам ).х уровней напряжения источника питания и к другому крайнему выводу этого же источника питания, другие выходные электроды й - 1 дополнительных транзисторов объединены между собой и концом второй первичной обмотки и подсоединены к одноименному выходномуектроду второго основного транзистора.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е . е с я тем, что .е уровни;напряжения источ. ника питания с й - 1 промежуточными выводами выбраны из соотношенияЕо аоР 4где1, 2, 3, ,й;0(о- длительность импульсов управления;; - длительность паузы между импульсамиуправления, при этом число пауз разной длительности при периоде повторения Тв тЮ й и- , выбраноравным й.юф3. Устройство по пп 1 2, о т л и ч а ющ е е с. я тем, что, с целью упрощения, первый источник питания выполнен общим для 1064430основных и й-с 1 дополнительных транзисторови снабжен промежуточными выводами 1-хуровней напряжения. 4. Устройство по пп. 1, 2, 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что трансформатор снабжен й - 1 дополнительнымипервичными обмопсами, к одним концам которых подключены выходные электроды й - 1 дополнительных транзисторов, а к другим концам подсоединены промежуточные выводы 1-х. уровней источника напряжения, выходной электрод второго осйовного транзистора подключен к первому концу первичной обмотки, причем другие выходные, электроды всех транзисторов соединены с крайним вьводом источника питания.Изобретение относится к электротехнике,а именно к преобразовательной технике, ипредназначено для использования его в системахуправления (в качестве оконечных каскадов)статических преобразОвателей различных типов.Известно устройство, содержащее оптроныи усилитель управляющих импульсов,11.Применение данных устройств не во всех случаях оказьвается рациональным из за ограничен.ных частотных возможностей и ограниченной 10электрической прочности оптронов, Применениеже их в тех случаях, когда один и тот жеуправляющий сигнал для управления параллель.но или последовательно соединенными транэисторами должен тиражироваться несколько раз, вообще нерационально нз-за необходимости иметьчрезмерно большое число гальванически развязанных источников,.ниболее близким к предлагаемому являетсяустройство для усиления и передачи импульсов 20.управления ключами статических преобразовате.лей, содержащее трансформатор с первичнымиобмотками с одинаковым числом випсов, одинконец первичной обмотки подключен к вьводу одной полярности первого источника питает 25ния, а один конец второй и другой конецпервой вторичной обмотки подключены к соот.ветствующим одноименным выходным элект.родам двух основных транзисторов, при этомдругой выходной электрод первого основноготранзистора подключен к выводу противополож.ной полярности первого источника питания. Навторичных обмотках трансформатора форми.руется прямоугольное, симметричное (по полу периодам) напряжение (типа меандр), котороеподается на управляющие электроды силовыхполупроводниковый ключей (транзисторов)статических преобразователей 2,К недостаткам известного устройства следуетотнести невозможность усиления и передачинесимметричных (по длительности) управляющих сигналов, вследствие чего устройство нель-,зя использовать в преобразователях с квазиоднополосной модуляцией с суммированием в об.щем узле. При исходной питающей сети по.стоянного тока такие преобразователи извеч-.ны также как преобразователи частоты с промежуточным ВЧ преобразованием. Для упраялениясиловыми транзисторами этих лреобраэователейтребуются гальванически развязанные сигналысо скважностью, например, 3, б и т. д,Цель изобретения - расширение областиприменения устройства путем передачи управ.ляющих импульсов с произвольно заданнойскважностью.Поставленная цель достигается тем, что вустройство для. усиления и передачи нмпуль.сов управления ключами статических преобразователей, содержащее трансформатор с пер.вичными обмотками с одинаковым числом витков, один конец первой первичной обмотки подключен к вьводу одной полярности первого источника питания (с напряжением Е, ), а один конец второй и другой конец первой вторичной обмотки подключен к соответству.ющим одноименным выходным электродам3 , 10644двух основных транзисторов, цри этом другойвыходной электрод первого основного транзистора подключен к вьводу противоположной. полярности первого источника питания, введе.ны Ц - 1, где Н - число натурального рядачисел, дополнительных транзисторов уровнейнапряжения, при этом один из крайних вы.иодов второго источника питания подключенк другому концу второй первичной обмоткидругой выходной электрод второго основного 0транзистора и одноименные с ним выходныеэлектроды К - 1 дополнительных транзисторовподсоединены к промежуточным вьводам-хуровней напряжения источника питания н кдругому крайнему выводу этого же источникапитания, другие выходные электроды 11 -1дополнительных транзисторов объединены меж- .ду собой и концом второй первичной обмотка.и подсоединены к одноименному выходномуэлектроду второго основного транзистора,При этом.е уровни напряжения нсточщька питания с Ц -1 промежуточными вьводамивыбраны иэ соотношенияЕа ЕосоРагде- 1, 2, 3, .;,М; . 25Жо - длительность импульсов управления(3; - длительность паузы между имлульсами управления,, при этом число пауз разной длительности припериоде повторения Тй =ЮИ +., выбрано равным Н Первый источник питания для уйввия Юаф может быль выполнен .общим для основных и Й - 1 дополнительных транзисто. 35 ров и снабжен промежуточными выводами.-х уровней напряжения.Трансформатор снабжен М - 1 дополнительными первичными обмотками, к одним концам которых подключены выходные 40 электроды К -1 дополнительных транзисторов, а к другим концам подсоединены промежуточные выводы 1 -х уровней источника иапря. жения, выходной электрод второго основного транзистора подключен к первому концу пер-, 45 внчной обмотки, причем другие выходные электроды всех транзисторов соедннены с край. ним выводом источника питания.На фиг. 1 представлена принципиальная . 50 схема предлагаемого устройства с двум, гальванически не связанными источниками с напряжениями Еб и Еи, на фиг. 2 - варианты, предлагаемого устройства с общим истож ником с промежуточными выводами 1 -х 55 уровней напряжения; а) с двумя, первичными обмотками, б) с й - 1 дополнительными первичными обмотками трансформатора; на 30 4фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства; на фиг. 4 - ва. рианты сопряжения предлагаемого устройствас транзистором силовой части преобразователя,при малом уровне запирающего сигнала (а),и приповышенном его уровне (б); на фиг, 5 -вариант выполнения источника с напряжением Ц, Е, Е на емкостном делителе (а) и с 1.С,.сглаживающим фильтром (б).Устройство (фиг. 1) содержит трансформа. тор 1 с первичными обмотками 2 и 3 и вторичной обмоткой 4, предназначенной для подключения к управляющему переходу сино. вого ключа статического преобразователя. Устройство содержит также два основных траи.зистора 5 и 6 и 5 - 1 дополнительных тран. эисторов 7 и 8, Источник 9 нитаиия с напряжением Е, подключен одним своим выводом 10 к концу первичной обмотки, а другим 11к сйловому электроду основного транзистора5. Второй силовой электрод транзистора 5подключен к второму концу обмотки 2. Вторая первичная обмотка 3 подключена однимконцом к крайнему вьводу 12 источника.13 питания Е с промежуточнымн вьводами-х уровней напряжения, а другим к одному из силовых электродов второго основного транзистора 6, Эмиттеры второго основного транзистора 6 и дополнительных транзисто ров 7 н 8 объединены в общую точку 14, свя. эанную с крайним вьводом 12 источника питания 13 через обмотку 3. Коллекторы трап" зисторов б - 8 связаны непосредственно,(как на фнг, 1) с промежуточными выводами 15 и 16-х уровней напряжения и крайним выводом 17 источника 13 питания.Источники 9 н 3 питания могут быть выпол. иены общими для всех транзисторов 5 - ;8 в ви. де одного источника 18 питания с промежуточными выводами (фиг. 2). При этом вывод 10 источника 9 питания объединяется с выво. дом 12 источника 13 питания в общую точку 19, На фиг. 2 а общая точка 14 эмиттеров второго основного транзистора 6 и Й -1 до полнительных транзисторов (на фиг, 2 пекаэан только один дополнительный транзистор 7) подключена к концу второй первичной обмотки 3, второй конец которой соединен с концом первой первичной обмотки 2 в общую точку, подключенную к вьводу 19 источника 18 питания. Коллекторы транзисторов 5-7 под. ключены непосредственно к выводам 11, 15 и 17 общего источника 18 питания.ФЕсли трансформатор 1 устройства снабжен й - 1 дополнительными первичными обмотками (на фиг. 2 б показана только одна такая об. мотка 20), то коллектор второго основноготранзистора 6 связан с вьводом 15 черезвторую первичную обмотку 3, а коллектордополнительного транзистора 7 с выводом 17 -через дополнительную обмотку 20,В этом слу.чае эмиттеры транзисторов 5 - 7 подключенъ непосредственно к общему выводу 19 источника18 питания,Устройство для усиления и трансформаторнойпередачи импульсов в системах управлениюсопрягается с логическими узлами, выполненными в интегральном исполнении. При этом 1 Оодной иэ.основных становится задача гальванической развязки управляющих сигналов,Эту задачу лучшим образом решают устройства,представленные на фиг. 1 и фиг. 2 б. Отметим,что устройство (фиг, 1) требует при этом наличия двух гальванически йе связанньи источ.ников питания, а устройство (фиг. 2 б) - толь-.ко одного источника питания, но имеет несколько худшие массогабаритнъе показателитрансформатора. Если сигналы управления по 20лучены уже гальванически развязанными, тодля усиления и тиражирования этих сигналов.может бь 1 ть предложен вариант устройства,представленный на фиг. 2 а,Принцип работы предлагаемого устройстваоснован- на. том, что процессы перемагничиваиия трансформатора 1 происходят под действием. раэличньй Ьитающих напряжений, уров.ии которых обратно пропорциональны задава.емой длительности управляющих импульсов.На фиг. Зпредставлены временные диаграмФмы, поясняницие этот принцип. Допустим,требуется передать на управляющий входсилового ключа преобразователя отпирающие35импульсы (положительной полярности 0 у нафиг. 3 а) например, одинаковой длительности,но распределенные на периоде следования Тпнеравномерно. Это означает, что длительностиэакрътого состояния силового ключа на пе 40риоде Т - , и 32 различны. Они определи.ются сигналами Об и От, подаваемыми навходы транзисторов б и 7 устройства. Дли.тельность отпирающих импульсов определяетсяпоследовательностью 0, подаваемой на входтранзистора 5. Так как длительности ФОйф импульсов этих последовательностей4 ю Г 2,различны, то соответствуницим образом должны1 Таким образом, предлагаемое устройствопозволяет расширить область примененияусилителей мощности с трансформаторным вы 45 ходом за счет, возможности трансформации нетолько симметричных, но и несимметричныхимпульсов. 1064430 6быть выбраны и уровни Ео, Е, Еу ис.точников 9 и 13 питания,ГЗначения этих уров.ней определяются по формулам. Выполненное таким образом устройство приработе обеспечивает на выходе сложную последовательность энакопе ременных импульсов04(фиг, 3).Сигнал 04 имеет одинаковую амплитуду от.пирающих импульсов и разные амплитуды запирающих. Нормирование амплитуд запирающихимпульсов, т. е. приведение их к примерноодинаковым уровням по отношению к управляющему переходу силового транзистора преобразователя можно осуществить при необходимости, используя формирование цепочки,21 (фиг. 4). Оптимальные параметры управеьющего сигнала силовым транзистором обеспе.- чиваются соответствующим выбором величинысопротивления ограничительного резистора 22цепочек и величины напряжения 11 .Число дополнительных транзисторов в устройстве определяется числом пауз М равнойдлительности 3;, на периоде Тп,Длительность отпирающих импульсов Оо на25 периоде Ттакже может быль разной; В этомслучае источник питания 9 с напряжением Еодолжен, быль также выполнен с промежуточны,ми вьводами, а устройство снабжено еще рядом дополнительных транзисторов.Варианты выполнения источника питанияс разноуровневыми напряжениями представлены на фиг. 5. В простейшем случае, когда уро 4вень напряжения питающей сети приемлем,можно использовать емкостной делитель(фиг, 5 г). В том случае, когда это неприемзлемо, можно использовать вариант, показанныйна фиг., 5 б, Этот источник включает в себявысокочаетотньце преобразователь 23 с транс.форматорным выходом, блок 24 выпрямления и фильтр 25.1064430 Тираж 936Государственного комилам изобретений и открытиосква, Ж, Раушскаи на Заказ 10357/57ВНИИПИ свое й 3035 роектная, 4 ал ППП "Патент", г, Ужгоро дактор Н. Ковале Составитель С. Маценк хред А. Бабинец.