Устройство управления и защиты силовых транзисторов
Предлагаемая полезная модель относится к импульсной технике, в частности к устройствам управления силовыми транзисторами. Устройство управления и защиты силовых транзисторов содержит первый генератор импульсов, первый источник питания, второй источник питания, первый силовой транзистор. Для достижения возможности защиты силового транзистора от сквозного тока в момент открытия одного ключа и закрытия другого в предлагаемое устройство введены устройство распределения импульсов, первый сумматор, второй сумматор, второй генератор импульсов, первый усилитель, второй усилитель, второй силовой транзистор, первое устройство управления первым силовым транзистором, второе устройство управления вторым силовым транзистором. Вход устройства распределения импульсов является входом устройства управления и защиты силовых транзисторов, первый выход устройства распределения импульсов соединен со входом первого генератора импульсов, второй выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом первого сумматора, третий выход устройства распределения импульсов соединен с входом второго генератора импульсов, четвертый выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом второго сумматора, выход первого генератора импульсов подключен ко второму входу первого сумматора, выход которого соединен со входом первого усилителя, выход первого усилителя подключен первой светолинией к входу первого устройства управления первым силовым транзистором, выход которого подключен к затвору первого силового транзистора, катод первого силового транзистора подключен к первому источнику питания, анод первого силового транзистора соединен с катодом второго силового транзистора и является выходом устройства управления и защиты силовых транзисторов, выход второго генератора импульсов подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого соединен со входом второго усилителя, выход второго усилителя подключен второй светолинией к входу второго устройства управления вторым транзистором, выход второго устройства управления вторым силовым транзистором соединен с затвором второго силового транзистора, анод второго силового транзистора подключен к второму источнику питания.
Предлагаемая полезная модель относится к импульсной технике, в частности к устройствам управления силовыми транзисторами.
Известна «Схема управления силовым ключом на МДП-транзисторе» (RU 2384940 С2, опубл.27.11.2009 г., МПК Н03К 17/691). Она содержит силовой транзистор и изолирующий трансформатор, управляемый генератор, первый конденсатор, второй конденсатор, источник питания, первый резистор, второй резистор, третий резистор, датчик тока, выпрямитель, первый ключ, второй ключ, третий ключ, схема ИЛИ, схема НЕ, схема защиты и изолированный от схемы управления источник питания. Ключ схемы управления первым выводом соединен с эмиттером транзистора управляемого генератора, анодом диода и общим выводом первой и второй обмоток изолирующего, трансформатора. Второй вывод первой обмотки соединен с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с коллектором транзистора управляемого генератора и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора и с плюсом источника питания. Второй вывод второго резистора соединен с базой транзистора управляемого генератора, катодом диода и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен со вторым выводом второй обмотки изолирующего трансформатора. Третья обмотка изолирующего трансформатора соединена с выпрямителем, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, первый выход которого соединен с плюсом изолированного источника. Второй выход первого ключа соединен с первым выводом первого резистора затвора, второй вывод которого соединен с затвором силового транзистора и с первым выводом второго резистора затвора, второй вывод которого соединен с первым выходом второго ключа, второй выход которого соединен с минусом изолированного источника. Управляющий вход второго ключа соединен с выходом схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с выходом схемы НЕ, вход которой соединен с выходом выпрямителя и управляющим входом первого ключа. Второй вход схемы ИЛИ соединен с выходом схемы защиты и управляющим входом третьего ключа, который первым и вторым выходами соединен с четвертой обмоткой изолирующего трансформатора. Вход схемы защиты соединен с выходом датчика тока, первый вход которого соединен е истоком силового транзистора, а второй вход с клеммой ВЫХ 2, сток силового транзистора соединен с клеммой ВЫХ 1 силового ключа.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является «Схема управления силовым ключом» ((RU 2434320 C1, опубл.21.09.2010 г., МПК Н03К 17/00). Она содержит генератор, силовой транзистор, изолирующий трансформатор, изолированный источник питания, схему «НЕ», два резистора, два конденсатора, два ключа, второй изолирующий трансформатор, схему «НЕ», схему «И», первый преобразователь, второй преобразователь, первый выпрямитель, второй выпрямитель,
неизолированный второй источник питания, напряжение которого ниже, чем у изолированного источника питания, и пороговый элемент.Выход генератора подключен к входу первого преобразователя, а управляющий вход первого преобразователя подсоединен к клемме ВХ1.
Выход первого преобразователя подключен к выводам первой обмотки второго изолирующего трансформатора, выводы второй обмотки второго изолирующего трансформатора подсоединены к выходу второго преобразователя, выводы первой обмотки первого изолирующего трансформатора подсоединены к выходу генератора, вход второго преобразователя подключен к выводам второй обмотки первого изолирующего трансформатора, управляющий вход второго преобразователя подключен к клемме, ВХ2, выводы третьей обмотки второго изолирующего трансформатора соединены с входами первого выпрямителя, его выходы подключены к выводам первого конденсатора. Плюсовый выход первого выпрямителя подсоединен к входу порогового элемента, а его минусовый выход подключен к неизолированному общему проводу, выход порогового элемента соединен с клеммой ВЫХ1, выводы четвертой обмотки второго изолирующего трансформатора подключены к входам второго выпрямителя, а выходы второго выпрямителя соединены с выводами второго конденсатора. Плюсовый выход второго выпрямителя подсоединен к одному из входов схемы «И», а его минусовый выход подключен к изолированному общему проводу, второй вход схемы «И» соединен с выходом первой схемы «НЕ», вход которой подключен к управляющему входу второго преобразователя. Выход схемы «И» соединен с управляющим входом первого ключа и с входом второй схемы «НЕ». Выход второй схемы «НЕ» соединен с управляющим входом второго ключа, первый вывод первого ключа подключен к плюсовому выходу изолированного источника питания, его второй вывод подсоединен к первому выводу первого резистора. Первый вывод второго ключа подключен к минусовому выходу изолированного источника питания, а его второй вывод подсоединен к первому выводу второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены с затвором силового транзистора, исток силового транзистора подключен к изолированному общему проводу, подключенному к клемме ВЫХ2 силового ключа, а сток силового транзистора подключен к клемме ВЫХЗ силового ключа.
Недостатками известных устройств являются низкая помехозащищенность устройства.
Технический результат предлагаемого устройства управления и защиты силовых транзисторов состоит в достижении возможности защиты силового транзистора от сквозного тока в момент открытия одного ключа и закрытия другого, работающих по схеме тандем для получения на выходе прямоугольного импульса отрицательной и положительной полярности той же длительности и скважности, что и поступившие на вход управляющие прямоугольные импульсы.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что устройство управления и защиты силовых транзисторов содержит генератор импульсов, первый источник питания, второй источник питания, первый силовой транзистор.
Новым в предлагаемой полезной модели является введение устройства распределения импульсов, первого сумматора, второго сумматора, второго генератора импульсов, первого усилителя, второго усилителя, второго силового транзистора, первого устройства управления первым силовым транзистором, второго устройства управления вторым силовым транзистором. Вход устройства распределения импульсов является входом устройства управления и защиты силовых транзисторов, первый выход устройства распределения импульсов соединен со входом первого генератора импульсов, второй выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом первого сумматора, третий выход устройства распределения импульсов соединен с входом второго генератора импульсов, четвертый выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом второго сумматора, выход первого генератора импульсов подключен ко второму входу первого сумматора, выход которого соединен со входом первого усилителя, выход первого усилителя подключен первой светолинией к входу первого устройства управления первым силовым транзистором, выход которого подключен к затвору первого силового транзистора, катод первого силового транзистора подключен к первому источнику питания, анод первого силового транзистора соединен с катодом второго силового транзистора и является выходом устройства управления и защиты силовых транзисторов, выход второго генератора импульсов подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого соединен со входом второго усилителя, выход второго усилителя подключен второй светолинией к входу второго устройства управления вторым транзистором, выход второго устройства управления вторым силовым транзистором соединен с затвором второго силового транзистора, анод второго силового транзистора подключен к второму источнику питания.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства управления и защиты силовых транзисторов.
На фиг.2 представлен график работы предлагаемого устройства управления и защиты силовых транзисторов.
Устройство управления и защиты силовых транзисторов содержит устройство распределения импульсов 1, первый генератор импульсов 2, второй генератор импульсов 3, первый сумматор 4, второй сумматор 5, первый усилитель 6, второй усилитель 7, первый источник питания 8, второй источник питания 9, первое устройство управления первым силовым транзистором 10, второе устройство управления вторым силовым транзистором 11, первую светолинию 12, вторую светолинию 13. первый силовый транзистор 14, второй силовой транзистор 15. Вход устройства распределения импульсов 1 является входом устройства управления и защиты силовых транзисторов, первый выход устройства распределения импульсов 1 соединен со входом первого генератора импульсов 2, второй выход устройства распределения импульсов 1 соединен с первым входом первого сумматора, третий выход устройства распределения импульсов 1 соединен с входом второго генератора импульсов 3, четвертый выход устройства распределения импульсов 1 соединен с первым входом второго сумматора 5. Выход первого генератора импульсов 2 подключен ко второму входу первого сумматора 4, выход которого соединен со входом первого усилителя 6, выход первого усилителя 6 подключен первой светолинией 12 к входу первого устройства управления первым транзистором 10, выход которого подключен к затвору первого силового транзистора 14 катод которого подключен к первому источнику питания 8. Анод первого силового транзистора 14 соединен с катодом второго силового транзистора 15 и является выходом устройства управления и защиты силовых транзисторов. Выход второго генератора импульсов 3 подключен ко второму входу второго сумматора 5, выход которого соединен со входом второго усилителя 7, выход второго усилителя 7 подключен второй светолинией 13 к входу второго устройства управления 11 вторым силовым транзистором 15, выход которого соединен с затвором второго силового транзистора 15 к аноду которого подключен второй источник питания 9.
Устройство предназначено для управления и защиты силовых транзисторов от сквозного тока в момент открытия одного транзистора и закрытия другого, работающих по схеме тандем для получения на выходе прямоугольного импульса отрицательной и положительной полярности той же длительностью и скважностью, что и поступающие с внешнего устройства, управляющие прямоугольные импульсы.
Устройство распределения импульсов 1 распределяет импульсы, поступившие с внешнего устройства на четыре устройства: первый генератор 2 первый сумматор 4 второй сумматор 5, второй генератор 3. Первый генератор 2 (генерирующий короткий импульс по фронту и спаду поступающих на него импульсов), и первый сумматор 4 (суммирующий импульс с устройства распределения импульсов и короткий импульс с генератора) предназначены это для того, чтобы вырезать часть управляющего импульса, тем самым уменьшить время сквозного тока на силовых транзисторах на момент открытия одного и закрытия другого (Фиг.2). Второй сумматор 5 и второй генератор 3 работают по тому же принципу. Первый 6 и второй 7 усилители усиливают импульсы до требуемого уровня напряжения для передачи по светолиниям 12, 13 на первое 10 и второе 11 устройства управления первым 14 и вторым 15 силовыми транзисторами. Первое и второе устройства управления первым и вторым силовым транзистором усиливает импульсы, поступившие с первого и второго усилителя до требуемого уровня напряжение, для управления первым 14 и вторым 15 силовыми транзисторами. Первый 8 и второй 9 источники питания формируют напряжения положительной и отрицательной полярности выходных импульсов. Первый и второй силовые транзисторы 14, 15 работают поочередно: один открывается, в это время другой закрывается, тем самым, формируя отрицательное или положительное напряжение. Гальваническая развязка между первым усилителем 6 и первым устройством управления первым силовым транзистором 14, а также вторым усилителем 7 и вторым устройством управления вторым силовым транзистором 11 осуществляется с помощью светолиний 12, 13, обеспечивающая развязку свыше 22 кВ.
Устройство управления и защиты силовых транзисторов, содержащее первый генератор импульсов, первый источник питания, второй источник питания, первый силовой транзистор, отличающееся тем, что введены устройство распределения импульсов, первый сумматор, второй сумматор, второй генератор импульсов, первый усилитель, второй усилитель, второй силовой транзистор, первое устройство управления первым силовым транзистором, второе устройство управления вторым силовым транзистором, вход устройства распределения импульсов является входом устройства управления и защиты силовых транзисторов, первый выход устройства распределения импульсов соединен со входом первого генератора импульсов, второй выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом первого сумматора, третий выход устройства распределения импульсов соединен с входом второго генератора импульсов, четвертый выход устройства распределения импульсов соединен с первым входом второго сумматора, выход первого генератора импульсов подключен ко второму входу первого сумматора, выход которого соединен со входом первого усилителя, выход первого усилителя подключен первой светолинией к входу первого устройства управления первым силовым транзистором, выход которого подключен к затвору первого силового транзистора, катод первого силового транзистора подключен к первому источнику питания, анод первого силового транзистора соединен с катодом второго силового транзистора и является выходом устройства управления и защиты силовых транзисторов, выход второго генератора импульсов подключен ко второму входу второго сумматора, выход которого соединен со входом второго усилителя, выход второго усилителя подключен второй светолинией к входу второго устройства управления вторым транзистором, выход второго устройства управления вторым силовым транзистором соединен с затвором второго силового транзистора, анод второго силового транзистора подключен к второму источнику питания.
