Устройство для управления транзисторными ключами

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 412 19) 8 Н 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВ ОМУ СВ АВТ НИ ВО ДЛЯ МИ КЛЮ обретени импульсн в 2,3,16,1 меющий оследоваВС-цеп 13, раз рытом со рные клю ор 3 и ей цепи УПРАВЛЕ Я ЧАМИя: устройство соый модулятор 1, 7,20. один транс- шесть обмоток тельную ЯС-цепь ь 11, два диода магничивающую стоянии транзичи 16 и 17 открытранзистор 20 19 закрыты. При те(21) 4833945/07(71) Институт электродинамики АН УСС(56) Авторское свидетельство СССРМ 974521, кл. Н 02 М 1/08, 1981,Авторское свидетельство СССРМ 760330, кл, Н 02 М 1/08, 1978.Авторское свидетельство СССРМ 1555781, кл. Н 02 М 1/08, 1987.(54) УСТРОЙСТ ТРАНЗИСТОРНЬ (57) Сущность из держит широтно пять транзисторо форматор 4, и 5,6,12,14,15,18, и 9, параллельную 10,21, резистор цепь 19. При от стора 2 транзист ты, а транэис размагничивающ Изобретение относится р ке, в частности к преобразнике, и может быть испуправления транзисторнымлируемых преобразовэтелнапряжения.Известно устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, два транзистора, трансформатор, резисторы и диод. Это устройство имеет низкий КПД изизменении полярности напряжения на выходе модулятора 1 транзистор 2 закрывается, а транзисторы 3 и 20 открываются, причем транзистор 3 в первый момент времени открывается током ВС-цепи 9. а затем поддерживается в открытом состоянии током обмотки 12 трансформатора 4. Импульс тока рассасывания при закрывании транзисторных ключей 16 и 17 не вызывает скачка напряжения на ЯС-цепи 11 благодаря наличию в ней конденсатора. Однако в дальнейшем это напряжение увеличивается из-за роста тока намагничивания магнитопровода трансформатора 4 и действующие в схеме обратные связи вызывают закрывание транзистора 3 при небольшом значении тока намагничивания, что предотвращает сползание рабочей точки кривой намагничивания в область насыщения, Во время паузы полярность напряжения на обмотках трансформатора 4 изменяется и накопленная им электромагнитная энергия рассеивается ва элементах размагничивающей цепи 19, Величина напряжения на обмотках 14 и 15 при этом невелика, и транзисторные ключи 16 и 17 остаются закрытыми. 4 ил,за потерь мощности на резисторах, ограничивающих ток при насыщении магнитопроводэ трансформатора,Известно также устройство для управления транзисторчым ключом, содержащее широтно-импульсный модулятор, два транзистора, трансформатор и разрядную цепь. В этом устройстве магнитопровод трансформатора работает лишь на участке петли гистерезиса ЬВ = В Вг, что является причиной ухудшения массогабаритных харак5 10 15 20 25 30 35 40 50 ристик трансформатора и увеличения еготока намагничивания, вызывающей дополнительные потери мощности, Такое устройство имеет невысокие массогабаритныепоказатели и КПД,Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является устройстводля управления транзисторными ключами,Устройство содержит широтно-импульсныймодулятор, три транзистора, трансформатс р, дроссель, диод, пороговое устройство иразрядную цепь. Недостатком этого устройства является невысокая надежность из-заотносительной сложности его схемы, вызванной, в частности, наличием трех транзисторов, двух моточных узлов и пороговогоустройства, обычно выполняемого на операционном усилителе.Цель изобретения - повышение надежности путем упрощения схемы устройства,Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для управления транзисторными ключами, содержащее широтно-импульсный модулятор, выходные выводыкоторого соединены соответственно с базами первого и через последовательную ВСцепь второго транзисторов, переходбаза-эмиттер второго транзистора шунтирован диодом, импульсный трансформатор,первая и вторая секции первичной обмоткикоторого через переходы коллектор-змиттер соответственно первого и второго транзисторов подключены к выводам источникапитания, а выводы вторичных обмоток предназначены для подключения к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей, и размагничивающую.цепь,вход которой соединен с соответствующимвыходным выводом, широтно-импульсногомодулятора, а выход - с выводами раэмагничивающей обмотки импульсного трансформатора, введены дополнительнаяобмотка импульсного трансформатора и параллельная ВС-цепь, которая включена вразрыв цепи между эмиттером второго 4транзистора и соответствующим выводомисточника питания, к которомупервым выводом подключена дополнительная обмотка импульсного трансформатора, котораявторым выводом соединена через резисторс базой второго транзистора.,Предлагаемое устройство имеет болеепростую схему; введение дополнительнойобмотки импульсного трансформатора и параллельной ВС-цепи позволило исключить 5из схемы устройства один транзистор, одинмоточныи узел (дроссель) и пороговое устройство, Благодаря этому обеспечиваетсясущественное повышение надежности устройства. На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - возможный вариант схемы предлагаемого устройства с транзисторами различного типа проводимости; на фиг.З - диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу схемы; на фиг.4 показана траектория перемещения рабочей точки магнитопровода трансформатора по петле гистереэиса,Устройство содержит широтно-импульсный модулятор 1, который в схеме на фиг.1 имеет прямой и инверсный выходы, а в схеме на фиг.2 - один прямой выход, транзисторы 2 и 3, трансформатор 4, секции 5 и 6первичной обмотки которого через транзисторы 2 и 3 подключены к выводам 7. и 8 источника питания, База транзистора 3 подключена к выходному выводу модулятора 1через последовательную ВС-цепь 9, переход база-эмиттер транзистора 3 шунтирован диодом 10, а в эмиттерную цепь транзистора 3включена параллельная ВС-цепь 11. Трансфор.матор 4 содержит также обмотку 12, первый вывод которой подключен к выводу 7 источника питания, а второй вывод через резистор 13 подключен к базе транзистора 3, вторичные обмотки 14 и 15, предназначенные для подключения к управляющим переходам транзисторных ключей 16 и 17, и размагничивающую обмотку 18, подключенную к выходу размагничивающей цепи 19, включающей в себя транзистор 20, последовательно с которым включен диод 21.Устройство работает следующим образом.В момент г 1 на прямом выходе модулятора 1 появляется напряжение 01(в схеме на фиг.1 появляется также напряжение на инверсном выходе, имеющее противоположный знак, которое на фиг,З не показано),что приводит к открыванию транзистора 2 и появлению напряжения О 2 положительной полярности на обмотках трансформатора 4,Транзисторные ключи 16 и 17 при этом также открываются напряжением, поступающим со вторичных обмоток 14 и 15, и через их управляющие переходы начинает протекать ток 11. Рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 при этом начинает перемещаться по участкуС 1-т 2 петли гистерезиса см. фиг.4).В момент тг полярность напряжения 01 на выходе модулятора 1 скачкообразно изменяется на противоположную.в результате чего транзистор 2 закрывается, а транзистор 3 открывается импульсным током 12, протекающим через ВС-цепь 9 и базу транзистора 3. Это приводит к изменению полярности на обмотках трансформатора 410 25 уменьшится настолько,.что транзистор 3 начнет закрываться и под действием положи-. 35 40 45 50 и закрыванию транзисторных ключей 16 и 17; через управляющие переходы которых при этом протекает импульс тока рассасывания (на фиг.3 не показан), перезаряжающего их входные емкости, В это время по участку цепи секция 6 трансформатора 4 - транзистор 3 - ВС-цепь 11 также протекает импульсный ток з, который не вызывает резкого увеличения напряжения Оз на ВСцепи благодаря наличию в ней конденсатора. По мере заряда конденсатора ВС-цепи ток Г 2 уменьшается до нуля и в дальнейшем транзистор 3 поддерживается в открытом состоянии током Г 2, протекающим по участку цепи обмотка 12 трансформатора 4 - резистор 13, переход база-эмиттер транзистора 3 - ВС-цепь 11. Рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 при Этом перемещаетсяпо участку 12-1 з. вызывая изменение.направления протекания и величины тока намагничивания ".з. В результате этого увеличивается такженапряжение Оз на ВС-цепи 11 и за счет действия отрицательной обратной связи уменьшается ток 2, протекающий через переход база-эмиттер транзистора 3, Это приводит к тому, что в момент 1 з ток 2 тельной обратной связи, осуществляемой в схеме устройства благодаря наличию обмотки 12 трансформатора 4. процесс закрывания транзистора 3 и изменения полярности напряжений на обмотках трансформатора 4 происходит скачкообразно.Благодаря наличию в схеме ВС-цепи 11,обеспечивающей действие отрицательной обратной связи, процесс закрывания транзистора 3 начинается при небольшом значении тока намагничивания магнитопровода("з), что предотвращает "сползание" рабочей точки. кривой намагничиваня по петле гистерезиса до точки -В. .В момент 12 открывается также транзистор 20 размагничивающей цепи 19, Однако ток в цепи транзистор 20 - диод 21 - обмотка 18 трансформатора 4 не протекает, по скольку напряжение обмотки 18 прикладывается к диоду 21 в непроводящем направлении. В момент 1 з, когда происходит изменение напряжения на обмотках трансформатора 4, диор 21 открывается ив размагничивающей цепи 19 появляется ток, благодаря. которому электромагнитная энергия, накопленная трансформатором 4, рассеивается на элементах размагничивающей цепи 19,Транзисторы 16 и 17 при этом остаются закрытыми, поскольку величина напряжения на обмотках 14 и 15 трансформатора 4мала, а рабочая точка кривой намагничивания магнитопровода трансформатора 4 перемещается по участку 1 З-И.В момент 14, когда трансформатор 4 отдает всю накопленную энергию, напряжение на его обмотках становится равнымнулю,После полного закрывания транзистора3 в момент 1 з начинает разряжаться черезрезистор конденсатор ВС-цепи 11, и в момент т 5 напряжение Оз.становится равнымнулю.В момент 16 изменяется полярность напряжения на выходе модулятора 1, в результате чего открывается транзистор 2 иперезаряжэется через диод 10 конденсаторКС-цепи 9. Далее процесс повторяется, причем независимо от длительности импульсовнапряжения О 1 нэ выходе модулятора 1 вначале каждого периода рабочая точка кривой намагничивания магнитопроводатрансформатора 4 будет находиться в точке- В, петли гистерезиса.Таким образом. благодаря введениюобмотки 12 трансформатора 4 и ВС-цепи 11в схеме устройства действуют такие обратные связи, которые обеспечивают возможность работы трансформатора 4 во всемдиапазоне индукции от -В до+Вг: При этом,по сравнению с устройством-прототипом,.такой режим работы трансформатора 4обеспечивается с помощью значительно бо: лее простой и надежной схемы.Формула изобретенияУстройство для управления транзисторными ключами, содержащее диод, широтноимпульсный модулятор, прямой выходкоторого подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого подключен к отрицательному выводу источника питания, а. коллектор соединен с концом первичной обмотки импульсного трансформатора, выполненной в виде двух последовательно-согласно включенных секций. средняя точкакоторой соединена с положительным выво-,дом источника питания, причем начало первичной обмотки импульсного. трансформатора подключено к коллектору второго транзистора. выводы размагничивающей обмотки импульсного трансформатора подключены к выходу размагничивающей цепи, а.выводы вторичных обмоток импульсного5 трансформатора предназначены для подключения к управляющим переходам соответствующих транзисторных ключей, о т л ич э ю щ е е с я тем, что, с целью повышениянадежности путем упрощения устройства, внего введены дополнительйая обмотка им1741234 4 пульсного трансформатора, параллельная РС-цепь и последовательная РС-цепь. причем эмиттер второго транзистора через параллельную ВС-цепь подключен к отрицательному выводу источника питания, переход база-эмиттер второго транзистора зашунтировэн диодом, а база , второго транзистора через последовательную ЯС-цепь подключена к инверсному выходу широтно-импульсного модулятора,5 подключенномуко входу размагничивающей цепи,1741234 Составитель И,ПономаревРедактор В.фельдман . Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцов Заказ 2091 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5 КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага 01