УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КОММУТИРУЮЩИМ ТРАНЗИСТОРОМ

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КОММУТИРУЮЩИМ ТРАНЗИСТОРОМ


RU (11) 2014718 (13) C1

(51) 5 H02M7/537 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5013244/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.07.08 
(45) Опубликовано: 1994.06.15 
(71) Заявитель(и): Кадацкий А.Ф.; Саксонов А.В. 
(72) Автор(ы): Кадацкий А.Ф.; Саксонов А.В. 
(73) Патентообладатель(и): Поволжский институт информации, радиотехники и связи 

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КОММУТИРУЮЩИМ ТРАНЗИСТОРОМ 

Использование: для управления коммутирующим транзистором с выхода микросхемы узла управления. Сущность изобретения: устройство содержит коммутирующий транзистор, трансформатор, запирающий транзистор, согласующий резистор, форсирующий конденсатор, зарядные диоды и обмотку. Схема обеспечивает независимость амплитуды и длительности тока, форсирующего переключение коммутирующего транзистора, от параметров тока, потребляемого от источника внешнего управляющего сигнала. В устройстве реализовано эффективное форсирование не только запирания, но и включения коммутирующего транзистора в более широком диапазоне изменения коэффициента заполнения управляющего сигнала. 4 з.п.ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике/ в частности к преобразовательной технике/ и может быть использовано/ например/ в источниках вторичного электропитания.

Известно устройство управления коммутирующим транзистором с нагрузкой в цепи коллектора/ управляющий вход которого через согласующий резистор соединен с управляющим входом устройства и базой запирающего транзистора противоположного типа проводимости/ коллектором соединенного с эмиттером коммутирующего транзистора/ а эмиттером - через токоограничивающий резистор с первым выводом источника питания и через форсирующий конденсатор - с базой коммутирующего транзистора [1].

Недостатки известного устройства - снижение КПД и ограничение области применения за счет снижения верхней границы рабочей частоты и ограничения допустимого диапазона изменения коэффициента заполнения управляющего сигнала/ обусловлены сравнительно большой постоянной времени заряда форсирующего конденсатора через токоограничивающий резистор.

Известно устройство управления коммутирующим транзистором/ содержащее согласующий резистор и форсирующий конденсатор/ первые выводы которых соединены с первым выводом управляющего перехода коммутирующего транзистора/ второй вывод согласующего резистора соединен с первым управляющим входом устройства и базой запирающего транзистора/ коллектор которого соединен с вторым управляющим входом устройства и вторым выводом управляющего перехода коммутирующего транзистора/ эмиттер запирающего транзистора соединен с вторым выводом форсирующего конденсатора и первым выводом зарядного диода/ второй вывод которого соединен с первым управляющим входом устройства/ а также управляющий трансформатор/ вторичная обмотка которого соединена с управляющим входом устройства [2].

Недостатки известного устройства - снижение КПД/ удельных массогабаритных параметров/ повышенное потребление мощности от источника внешнего управляющего сигнала/ обусловлены необходимостью повышения напряжения на управляющем входе для заряда форсирующего конденсатора до напряжения/ обеспечивающего эффективное включение запирающего и запирание коммутирующего транзисторов/ потреблением от источника внешнего управляющего сигнала тока перезаряда форсирующего конденсатора/ амплитуда которого существенно превышает значение тока управления/ необходимого для удержания коммутирующего транзистора в насыщенном состоянии/ а также разрядом форсирующего конденсатора через паразитную цепь/ образуемую обмоткой трансформатора/ согласующим резистором и переходом коллектор-эмиттер запирающего транзистора на этапе закрытого состояния коммутирующего транзистора после вывода энергии из обмоток трансформатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для управления коммутирующим транзистором/ содержащее выходной трансформатор/ первая обмотка которого соединена с силовой цепью коммутирующего транзистора/ а вторая обмотка соединена последовательно с зарядным диодом/ образуя зарядную цепь/ первый вывод которой соединен с первым выводом управляющего перехода коммутирующего транзистора/ содержащее также форсирующий конденсатор и запирающий транзистор [3].

Недостатки известного устройства - ограниченная область применения и снижения КПД/ обусловлены сравнительно узким допустимым диапазоном изменения коэффициента заполнения управляющего сигнала и низким значением верхней границы рабочей частоты/ а также отсутствием форсирования включения коммутирующего транзистора.

Цель изобретения - расширение области применения устройства и повышение КПД за счет расширения допустимого диапазона изменения коэффициента заполнения управляющего сигнала/ повышения верхней границы рабочей частоты и обеспечения форсированного включения коммутирующего транзистора.

Это достигается тем/ что в устройство управления коммутирующим транзистором/ содержащее электромагнитный элемент/ например трансформатор или дроссель/ первая обмотка которого соединена с силовой цепью коммутирующего транзистора/ а вторая обмотка соединена последовательно с зарядным диодом/ образуя зарядную цепь/ первый вывод которой соединен с первым выводом управляющего перехода коммутирующего транзистора/ а также форсирующий конденсатор и запирающий транзистор/ второй вывод зарядной цепи соединяют с общей точкой соединения эмиттера запирающего транзистора и первого вывода форсирующего конденсатора/ второй вывод которого подключен к общей точке соединения вторых выводов управляющего перехода коммутирующего транзистора и согласующего резистора/ первый вывод которого подключен к точке соединения второго управляющего входа устройства и вывода базы запирающего транзистора/ коллектор которого соединен с первым управляющим входом устройства. Коммутирующий и запирающий транзисторы выполнены различного типа проводимости/ а первый вывод согласующего резистора соединяют с выводом базы коммутирующего транзистора.

Коммутирующий и запирающий транзисторы выполнены одного типа проводимости/ а первый вывод согласующего резистора соединяют с выводом эмиттера коммутирующего транзистора.

Последовательно с форсирующим конденсатором включен ограничивающий резистор/ шунтированный дополнительным диодом.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства/ выполненного на транзисторах одного типа проводимости; на фиг.2 - то же/ на транзисторах разного типа проводимости с использованием в качестве электромагнитного элемента выходного трансформатора однотактного преобразователя; на фиг.3 - вариант устройства/ выполненного на транзисторах одного типа проводимости с использованием в качестве электромагнитного элемента дросселя сглаживающего фильтра импульсного стабилизатора понижающего типа.

Устройство содержит коммутирующий транзистор 1/ с переходом коллектор-эмиттер которого соединена первая обмотка 2 электромагнитного элемента 3/ например трансформатора или дросселя/ вторая обмотка 4 которого включена последовательно с зарядным диодом 5/ образуя зарядную цепь 6/ первый вывод 7 которой соединен с первым выводом 8 управляющего перехода транзистора 1/ а второй вывод 9 зарядной цепи 6 соединен с общей точкой соединения эмиттера запирающего транзистора 10 с первым выводом 11 форсирующего конденсатора 12/ второй вывод 13 которого через ограничивающий резистор 14 соединен с общей точкой соединения вторых выводов 15 и 16 соответственно управляющего перехода коммутирующего транзистора 1 и согласующего резистора 17/ первый вывод 18 которого подключен к точке соединения второго управляющего входа устройства 19 и выводы базы запирающего транзистора 10/ коллектор которого соединен с первым управляющим входом 20 устройства. Резистор 14 шунтирован диодом 21. Наличие других элементов в устройстве диктуется разновидностью реализации и не связано с его существенными признаками. Амплитуду напряжения на выводах 7 и 9 цепи 6 задают меньше падения напряжения на резисторе 17 при включенном транзисторе 1.

Рассматривают квазиустановившийся режим работы устройства/ когда на управляющие входы поступает периодическая последовательность прямоугольных импульсов с неизменными параметрами и амплитудой/ достаточной для удержания включенного коммутирующего транзистора 1 в насыщенном состоянии. За исходный момент принимают время начала фронта очередного импульса/ включающего коммутирующий транзистор 1. До этого момента конденсатор 12 частично (или полностью) разряжен/ запирающий транзистор 10 включен током разряда конденсатора 12/ протекающим через переход эмиттер-база и резисторы 17 и 14/ а переход эмиттер-база транзистора 1 смещен в обратном направлении падением напряжения на шунтирующем его резисторе от разряда конденсатора 12 через переход/ коллектор-эмиттер транзистора 10 и резистор 14/ шунтированный диодом 21. С началом фронта импульса на управляющих входах 19 и 20 устройства через резистор 17 протекает ток включения транзистора 1. Падение напряжения на резисторе 17 при этом больше напряжения на разряженном конденсаторе 12/ поэтому переход эмиттер-база транзистора 10 смещается в обратном направлении и транзистор 10 закрывается. Одновременно рабочая точка транзистора 1 смещается в активную область/ и к обмотке 2 прикладывается часть напряжения питания/ а в обмотке 4 зарядной цепи 6 наводится ЭДС положительной обратной связи/ обеспечивающая протекание тока заряда конденсатора 12 через управляющий вход транзистора 1/ форсирующего его включение. Резистор 14 ограничивает ток базы транзистора 1 с учетом его допустимого значения. При этом с учетом реальных параметров используемых транзисторов полное время заряда конденсатора 12 может быть получено 0/5-1 мкс. Это на несколько порядков позволяет расширить допустимый диапазон изменения коэффициента заполнения внешнего управляющего сигнала/ что необходимо в ряде режимов работы устройств/ требующих кратковременного включения коммутирующего транзистора/ например/ по сигналу стабилизирующей обратной связи в режимах короткого замыкания нагрузки/ холостого хода. После заряда конденсатора 12 транзистор 1 удерживается во включенном состоянии током/ потребляемым от источника внешнего управляющего сигнала/ а транзистор 10 остается закрытым. В момент начала среза импульса на управляющем входе устройства управляющий вход транзистора 10 смещается в прямом направлении/ так как напряжение на конденсаторе 12 становится большим/ чем падение напряжения на резисторе 17. Транзистор 10 включается и через низкое сопротивление его перехода коллектор-эмиттер и прямо включенного диода 21 напряжением на конденсаторе 10 обеспечивается форсированное рассасывание избыточных носителей в области базы транзистора 1 и его последующее запирание. Диод 21 позволяет увеличить ток рассасывания. Далее транзистор 10 удерживается во включенном состоянии током разряда конденсатора 12 через согласующий резистор 17. С момента начала фронта следующего импульса электрические процессы в схеме повторяются.

В схеме прототипа заряд форсирующего конденсатора производится полным током/ включающим коммутирующий транзистор/ поэтому время заряда упомянутого конденсатора должно быть в 3-5 раз больше максимальной длительности управляющего сигнала/ следовательно/ форсирование включения коммутирующего транзистора практически отсутствует. С увеличением длительности управляющего сигнала необходимая емкость форсирующего конденсатора возрастает/ ухудшая массогабаритные показатели известного устройства. Кроме того/ в известном устройстве необходимы дополнительный включающий транзисторный усилительный каскад и дополнительные развязывающие диоды/ усложняющего его.

Из приведенного описания электрических процессов следует/ что предложенные отличительные признаки обеспечивают независимость амплитуды и длительности тока/ форсирующего переключение коммутирующего транзистора/ от параметров тока/ потребляемого от источника внешнего управляющего сигнала. Поэтому в предложенном устройстве обеспечено эффективное форсирование не только запирания/ но и включения коммутирующего транзистора в более широком диапазоне изменения коэффициента заполнения управляющего сигнала. Форсирование включения коммутирующего транзистора повышает КПД устройства и верхнюю границу его рабочей частоты. Расширение допустимого диапазона коэффициента заполнения управляющего сигнала и повышение верхней границы рабочей частоты расширяют область применения предложенного устройства.

Техническая реализация предложенного технического решения и базового объекта/ выполненного согласно схемы прототипа [3] и аналогов [1] и [2]/ подтвердили эффективность предложенного технического решения. Экспериментальная проверка и испытания предложенного технического решения проводились с использованием интегральных микросхем 564 серии в источнике внешнего управляющего сигнала и транзисторов типа 286ЕП5. Испытания показали устойчивую работу устройства и подтвердили получение указанных выше технико-экономических преимуществ. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КОММУТИРУЮЩИМ ТРАНЗИСТОРОМ, содержащее электромагнитный элемент, первая обмотка которого соединена с силовой цепью коммутирующего транзистора, а вторая обмотка соединена последовательно с зарядным диодом, образуя зарядную цепь, первый вывод которой соединен с первым выводом управляющего перехода коммутирующего транзистора, форсирующий конденсатор и запирающий транзистор, отличающееся тем, что второй вывод зарядной цепи соединен с общей точкой соединения эмиттера запирающего транзистора и первого вывода цепи форсирующего конденсатора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения вторых выводов управляющего перехода коммутирующего транзистора и согласующего резистора, первый вывод которого подключен к точке соединения второго управляющего входа устройства и вывода базы запирающего транзистора, коллектор которого соединен с управляющим входом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутирующий и запирающий транзисторы выполнены различного типа проводимости, а первый вывод согласующего резистора соединен с выводом базы коммутирующего транзистора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коммутирующий и запирающий транзисторы выполнены с одинаковым типом проводимости, а первый вывод согласующего резистора соединен с выводом эмиттера коммутирующего транзистора.

4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что последовательно в цепь форсирующего конденсатора включен ограничительный резистор.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что ограничивающий резистор шунтирован дополнительным диодом, включенным в прямом направлении для тока запирания коммутирующего транзистора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru