Спосіб управління n-канальним силовим транзистором

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в области преобразовательной техники для управления переключателями, в которых ключевой элемент, построенный на базе N-канальных силовых полевых МДП и IGВТ транзисторов, подключается к положительному полюсу на стороне высокого потенциала, а нагрузка подключена к отрицательному полюсу, а также в высоковольтых мостовых, полумостовых инверторах, построенных на базе N-канальных МДП или IGВТ транзисторов. Известен способ управления N-канальным силовым транзистором, предусматривающий подачу импульса управления на переход затвор - исток длительностью, обусловленной требуемым алгоритмом силовой части схемы [Каталог по применению силовых транзисторов /Под ред. И.М.Тугова и С.Д.Федорова. Ред.издат.отдел Донецкого областного управления по печати, 1992]. Этот способ управления может быть реализован различными устройствами: 1. Содержащими отдельный гальванически развязанный источник питания с оптопарами для передачи сигнала. 2. Содержащими отдельный источник питания с напряжением по крайней мере на 10 В больше, чем напряжение питания стока. 3. Бустрепной схемой. 4. Содержащими импульсный трансформатор. Применение отдельного гальванически развязанного источника резко усложняет систему управления, затрудняет решение вопросов изоляции, особенно в высоковольтных устройствах. Кроме того, передача управляющего сигнала с помощью оптопар значительно увеличивает время переключения транзистора (до 4 мкс) из-за инерционности оптопар, что ограничивает применение данного способа управления в высокочастотных устройствах (20 кГц и выше) и исключает возможность управления последовательно соединенными МДП транзисторами, что особенно важно при создании высоковольтных устройств. Применение указанного способа управления с помощью устройств по пп.1 и 2 невозможно при создании высоковольтных преобразователей в случае, когда единственным источником питания является шина высокого напряжения, питающая силовую схему, например, в транспортных средства х (троллейбусах, трамваях и т.д.). Техническим решением могла бы быть бустрепная схема, однако в этом случае ток нагрузки может оставаться постоянным только ограниченный отрезок времени из-за окончательного разряда накопительного конденсатора. Другой проблемой в данном случае является невозможность переключения высоких напряжений, так как накопительный конденсатор заряжается от источника питания, и этот потенциал не должен превышай, предельного. Наиболее близким к заявляемому способу управления N-канальным силовым транзистором является способ управления с использованием импульсного трансформатора, особенно в мостовых или полумостовых схемах, так как он обеспечивает гальваническую развязку управления от силовой части. Однако увеличение относительной длительности сигнала управления (особенно на низких частотах) приводит к уменьшению максимума напряжения затвор - исток, которое может стать ниже допустимого значения для надежного переключения МДП или IGВT силового транзистора, что ограничивает применение этого способа управления в схемах регулир уемых инверторов и, особенно, в ключевых преобразователях постоянного напряжения, управляемых но принципу ШИМ или релейных. В основу изобретения поставлена задача формирования импульсов управления любой относительной длительности (скважности) и частоты повторения, требуемых по алгоритму силовой части различных преобразователей постоянного напряжения (например, ключевых, ШИМ или релейных преобразователей, мостовых и нерегулируемых инверторов и т.д.) с одновременным обеспечением гальванической развязки цепей управления от силовых цепей, высокой скорости отпирания и запирания силовых транзисторов, которая, за счет иного способа формирования и подачи импульсов на N-канальный силовой транзистор, позволяет избежать существенного снижения напряжения управления на затворе силового транзистора, имеющего место при больших относительных длительностях управления и передаче широких импульсов управления с помощью импульсных трансформаторов известными способами и значительно упрощает включение любого количества последовательно соединенных транзисторов при создании высоковольтных преобразовательных устройств. Поставленная задача решается тем, что, используя наличие емкости затвор- исток и свойство МДП и IGBT транзисторов сохранять открытое состояние до тех пор, пока эта емкость заряжена до напряжения выше порогового, а также высокое сопротивление утечки перехода затвор - исток, что позволяет достаточно долго сохранять заряженное состояние емкости затвор - исток и, следовательно, открытое состояние силового транзистора, управление силового транзистора выполняется 2-канальным, т.е. включающий и отключающий короткие импульсы длительностью 2-3 мкс формируются в системе управления по двум различным каналам и с помощью устройства формирования импульсов управления, содержащего включающий и выключающий импульсные трансформаторы, соединенные соответственно с разделительным диодом и закорачивающим транзистором и обеспечивающими гальваническую развязку цепей управления от силовых цепей и высокую скорость передачи одного или нескольких сигналов управления, подаются на переход затвор - исток транзистора, при ыом формируются импульсы любой длительности, обусловленные требуемым алгоритмом управления силовой части. Для включения транзистора производят заряд емкости затвор - исток через включающий импульсный трансформатор и разделительный диод, а для выключения ее разряд через закорачивающий транзистор, открывающийся с помощью выключающего импульсного трансформатора. Таким образом, формирование и подача импульсов управления по двум различным каналам позволяет с высокой экономичностью управлять транзисторами при любой относительной длительности (скважности) и частоте повторения импульсов, например, при скважностях 0,8-200 и частоте 1 Гц - 100 кГц с одновременным обеспечением гальванической развязки и высокой скорости включения и отключения, что облегчает решение задачи последовательного соединения любого количества транзисторов, необходимого, например, при создании высоковольтных преобразовательных устройств, и является существенным отличием от известных способов управления. На чертеже приведена схема устройства, реализующая предлагаемый способ. Устройство формирования импульсов управления состоит из импульсного трансформатора 1, связанного через разделительный диод 2 с переходом затор - исток транзистора, и импульсного трансформатора 3. связанного с переходом затвор - исток транзистора через закорачивающий транзистор 4. Короткий импульс включения подается из системы управления на импульсный трансформатор 1 и через разделительный диод 2, предотвращающий разряд емкости перехода затвор - исток транзистора во время паузы между импульсами, заряжает эту емкость до напряжения требуемой величины, и происходит включение силового транзистора. Через промежуток времени, обусловленный алгоритмом силовой части преобразователя, короткий импульс выключения поступает из системы управления на импульсный трансформатор 3, отпирающий закорачивающий транзистор 4, через который разряжается емкость перехода затвор - исток. и происходит отключение силового транзистора.