Пристрій для керування силовим напівпровідниковим ключем

Сущность изобретения: при наличии сигнала запирания на управляющем входе фазосдвигающего узла 3 состояние аналогичны* выходов счетного триггера 2 и Dтриггера 4 различно и ключи с двусторонней проводимостью 7 и 8 обеспечивают формирование на выходной клемме 9 устройства отрицательного импульса напряжения При наличии сигнала запирания на управляющем входе фэзосдвигающего узла триггеры работают синфазно и на выходной клемме формируется отрицательный импульс напряжения. Фазосдвигающий узел обеспечивает регулирование фазового сдвига выходного сигнала относительно сигнала, поступающего на его вход с выхода генератора 1 импульсов. 4 ил. г сл о 4 Вход фиг.1 1757047 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использ о в а н о для у п р а в л е н и и t и л о в ы м п о л у п р о в о д н и к о в ы м ключом, в частности транзистором, в высокочастотных полупроводниковых преобразователях. Известен транзисторный кпюч, содержащий основной транзистор и блок управления с в х о д н ы м т р а н с ф о р м а т о р о м , обеспечивающим гальваническую развязку. Недостатком устройства является работа основного трансформатора с подмагничиванием, что ухудшает массогабаритные показатели транзисторного ключа Известно устройство управления силовым транзистором, содержащее основной и вспомогательный генераторы прямоугольных импульсов, связанные между собой фазосдвигающим узлом, основной и вспомогательный согласующие 'рансформаторы первичные обмотки которых подключены к соответствующим генераторам Недостатком устройства является узкий диапазон регулирования. В устройстве импульс отпирающего напряжения формируется тогда, когда выходное напряжение обоих генераторов положительно В противном случае устройство формирует запирающее напряжение, прикладываемое к управляющему переходу транзистора Таким образом ширина импульса отпирающего напряжения не может быть больше половины периода работы генераторов, а значит, управление длительностью открытого состояния силового транзистора ограничено Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления силовым транзисторным ключом, содержащее генератор импульсов основной трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена со средним выводом, использованным в качестве первой выходной клеммы устройства два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы которых соединены с соответствующими к р а й н и м и выводами вторичной обмотки основного трансформатора, а вторые выводы объединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устрой ства, и дополнительный трансформатор. две вторичные обмотки которого соединены с управляющими входами ключей с двусторонней проводимостью Недостатками известного устройства являются ограниченный частотный диапазон Формируемых импульсов и низкая надежность функционирования В известном устройстве используются ключи с двусторонней проводимостью на тиристорах с ог 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 раниченной частотой черемис енич порядка единиц кГц, Применении полностью управляемых к л ю ч е й с д в у с т о р о н н е й проводимостью в известии^ устройстве невозможно, так как используемой в устройстве селектор длительности импульсов формирует узкие импулы ы управления только для включения соответствующих тиристоров. Кроме того, при несогласованности импульса у п р а в л е н и я силовым транзистором с частотой генератора импульсов задержка фронтов формируемого устройством импульса управления силовым транзистором не определена,что вызывает неопределенность моментов переключения силового ключа которая может вызывать сбои в рабоїе преобразователя Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение надежности функционирования В устройство для управления силовым полупроводниковым ключом, содержащее генератор импульсов, основной трансформатор, вгеричная обмотка которого выполнена со средним выводом, использованным в качестве первой выходной клеммы устройства, два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы которых соединены с соответствующими крайними выводами «vropvwHOH обмотки основною трансформатора, а вторые выводы объединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства, и дополнительный трзнсформзгор, две вторичные обмотки котаро го соединены с управляющими входами ключей с двусторонней проводимостью, введены фэзосдвигаюшчй узел, D трит гер и счетный триггер, т а к о в о й вход которого соединен с выходом генератора импульсов. прямой и инверсный выходы соединены с вызодами первичной обмотки основного трансформатора, а прямой выход соединен с установочным входом D і р м п ^ р э . тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов через фазосдвигающий учел, вход задания фазового сдєига которого использован в качестве входа устролс г ва, причем прямой и инверсный БЫУОДЫ О-триггера соединены с выводами первичной обмотки допотнительного трансформатора а ключи с двусторонней проводимостью выполнены полностью управляемыми. На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная сгемэ устройства для уп55 оавления силопым полупроводниковым ключом, Е. частности ^'зчзисторным, на фиг 2 - временные диаграммы поясняющие принцип работы усфойства на фиг 3 электрическая принципиа іьмая схем-» фэузла, к^ фиг. і - ьременные 1757СИ7 диаграммы поясняющие принцип работы фазосдвигающего узла Устройство для управления силовым поІ лупрор од пиковым ключом, в частности транзисторным(фиг. 1), содержит генератор **• 1 импульсов, выход которого подключен к • • • тактовому входусчетного триггерэ2,зчерез фазосдвигающий узел 3 - к тактовому входу D-триггера 4.основной трансформатор 5. средний вывод вторичной обмотки которого образует первую выходную клемму 6 устройства, полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью 7 и 8, первые выводы которых подключены к выводам вторичной обмотки основного трансформатора 5, а вторичные выводы объединены и образуют вторую выходную клемму 9 устройства, дополнительный трансформатор 10. первичная обмотка которого подключена к выходам D-тригтєрз 4, а две вторичные обмотки 11 и 12 соединены с управляющими входами ключей с двусторонней проводимостью 7 и 8 соответственно На временных диаграммах {фиг. 2). поясняющих принцип работы устройства, представлены выходной сигнал 13 генератора 1 импульсов сигнал 14 нз прямом выходе счетного TpKircpa 2, выходной сигнал 15 фазосдвигающе'О устройства 3, сигнал 16 на прямом выходе D-григгера 4, форма 17 напряжения на вторичной обмотке основного трансформатора 5, напряжение 18 на вторичной обмотке 11 дополнительного трансформатора 10, напряжение 19 на вторичной обмотке 12 дополнительного трансформатора 10, напряжение 20 на выходе устройства Фазосдвигающий узел (фиг 3) содержит компаратор 21, еыход 22 которого является выходом фазосдвигающего узла, а инвертирующий вход 23 является входом задания фазового сдвига, генератор пилообразного напряжения на транзисторах 24 и 25, резисторах 26 и 27 и конденсаторе 28 тактовый вход ?9 которого яоляется входом фазосдвигзющего узла, о выход 30 подключен к прямому входу компаратора 21 На временных диаграммах (фиг 4), поясняющих принцип работы фззосдвигающегоузла, представлены входные импульсы фззосдвигзющего узла, сигналы 32 на прямом и инверсном входах компаратора, сигнал 33 на выходе компаратора Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом работает следующим образом (фиг 1 и 2) Частоту f n повторения импульсов, формируемых устройством управления силовым полупроводниковым ключом, задает генераторі выходные импулыы 13 которо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 го поступают на пход фазосдвигающего узла 3 и тактовий в*од счетного триггера 2, по следнии формирует меандр напряжения 14 с частотой W 2 , которое трансформируется основным трансформатором 5 во вторичную обмотку (фиг 2,17) На выходе фазосдвигающего узла 3 формируются импульсы 15. передний фронт которых задержан относительно переднего фронта выходных импульсов 13 генератора 1 на время A t (фиг 2), определяемое заданием фазового сдвига на входе устройства D-триггер 4 переключается по переднему фронту импульсов 15 в состояние, соответствующее состоянию счетного триггера 2, так как прямой выход последнего подключен к установочному входу D-триггера 4, На пряжение 16 на прямом выходе D-триггера 4 трансформируется дополнительным трансформатором 10 во вторичные обмотки 11 и 12 (напряжения 18 и 19 соответственно) Положительное напряжение на обмотке 11 переводит ключе двусторонней проводимостью 7 в замкнутое состояние, а отрицательное - в разомкнутое Аналогично управляется ключ с двусторонней проводи мостью 8 напряжением на вторичной обмотке 12 Положительное напряжение 20 на выходных клеммах 6-9 устройства устанавливается на интервалах времени, когда совпадают состояния счетного триггера 2 и D-триггера 4 (фиг 2, n - t 4 Vi і •/)• На интервале t r t ' i (фиг, 2) положительный потенциал начала вторичной обмотки основного трансформатора 5 передается выходной клемме 9 через замкнутый ключ с двусторонней проводимостью 7. а на интервале t2~t'2 (фиг, 2), когда напряжение 17 на вторичной обмотке основного трансформатора 5 меняет знак, положительный потенциал конца вторичной обмотки основного трансформатора 5 передается выходной клемме 9 через замкнутый ключ с двусторонней проводимостью 8 На интервалах времени с различным состоянием счетного триггера 2 и D трмтгера 4 (фиг. 2, t 0 - t i , f 1 1 > на выходных клем —2 , мах 6 и 7 устанавливается отрицательное напряжение 20 На интервале to т.і (Фиг 2) отрицательный потенциал конца вторичной обмотки основного трансформатора 5 передается к выходной клемме 9 через чамкнутый ключ с двусторонней проводимостью 8, а на интервале t ' r t 2 (фиг 21 когда напряжение 17 на вторичной обмотке основного трансформатора меняет знак, отрицательный потенциал «начала вторичной обмотки основного трансформатора 5 передается к выходной клемме 9 через замкнутый клн^ч с 8 1757047 двусторонней проводимостью 7 Дальше указанный процесс повторяется В устройстве для управления силовым полупроводниковым ключом генератор 1 импульсов выполнен на логических интегральных микросхемах, счетный триггер 2 и D-триггер 4 имеют выходные усилители тока, что позволяет подключать непосредственно , к их выходам основной трансформатор 5 и дополнительный трансформатор 10 соответственно в качестве которых и с п о л ь з о в а л и с ь импульсные трансформаторы МИТ-12. Ключи с двусторонней проводимостью выполнены на транзисторах 2Т908А, включенных в диагонали диодных мостов, собранных на диодах КД212А Фаэосдву! эющий узел 3 (фиг 3 и 4) выполнен на компараторе 21 (К554САЗ) и генераторе пилообразного напряжения, собранном на транзисторах 24 (КП103Е), 25 (КТ630Б), резисторах 26, 27 и конденсаторе 28 Принцип работы фззосдвигающего узла 3 заключается в сравнении напряжения задания фазового сдвига на входе 23 с пилообразным напряжением на выходе 30, поступающих на входы компаратора 21 Устройство для управления силовым полупро в о д н и к о в ым ключом формирует управляющее напряжение транзисторного ключа КТ847 в преобразователе, работающем на частоте 20 кГц Устройство для управления силовым полупроводниковым ключом позволяет существенно повысить частоту формируемых импульсов, что дает возможность выбирать тактовую частоту преобразователей в десятки кГц, снижая мяссогабаритные показатели реактивных элементов преобразователя Кроме того жесткая связь между уровнем задания фазового сдвига на входе устройст/.1Л П 1 I № \ ва и длительностью формируемого отрицательного импульса устраняет возможность сбоя R работе устройства, что повышает надежность его функционирования. 5 10 15 20 25 30 35 40 Формула изобретения Устройство дня управления силовым полупроводниковым ключом, содержащее генерэтор импульсов. основной трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена со средним выводом, использованным в качестве первой выходной клеммы устройства, два ключа с двусторонней проводимостью, первые выводы которых с о е д и н е н ы с с о о т в е т с т в у ю щ и м и крайними выводами вторичной обмотки основного трансформатора, а вторые выводы объединены и использованы в качестве второй выходной клеммы устройства и дополнительный трансформатор дее вторичные обмотки которого соеди»- эны с. управляю щими входами ключей с двусторонней проводимость ю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью расширения частотного диапазона и повышения надежности, введены фазосдвигающий узел, D триггер и счетный триггер, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, прямой и инверсный выходы соединены с выгодами первичной обмотки основного трансформатора, а прямой выход соединен с устаноеочьым входом D-триггера, тактовый в'од которого соединен с выходом тенора юра импульсов через фаэосдвигзющий узел, вход задания фазового сдвига которого исиопьзовэн в качестве ВУС да устройства причем прямой и инверсный выходы D-тригг ера соединены с выводами первичной обмотки дополнительного трансформатора а ключи с двусторонней проводимостью выполнены полностью управляемыми n п ! J 1 Г I /к J /V - і t [ J І „_ ( ! 1 1 Г u Фиг 2 ! ! LJ tf * t/-*sm Я Я —т Редактор И.Шулла Составитель В Святненко Техред М Моргентал Корректор И Муска Заказ 3097 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035 Москва, Ж-35. Раушская наб , 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород ул Гагарина 101 * #