CS204560B1

CS204560B1 - Exciting circuit of the switching transistor

Info

Publication number: CS204560B1
Application number: CS134579A
Authority: CS
Inventors: Petr Parkan; Zdenek Patak
Original assignee: Petr Parkan; Zdenek Patak
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1979-02-28
Publication date: 1981-04-30

Description

Vynález se týká realizace budicího obvodů, který je vhodný k buzení výkonových spínacích tranzistorů, zvláště u impulsně regulovaných napájecích zdrojů.The invention relates to the realization of an excitation circuit which is suitable for driving power switching transistors, in particular for pulse-regulated power supplies.

K buzení spínacích tranzistorů měniče impulsně regulovaného napájecího zdroje se používá většinou obvodů s transformátorovou vazbou. Tyto obvody umožňují kromě zesílení budicích impulsů provést i nezbytné galvanické oddělení mezi síťovou a výstupní stranou napájecího zdroje. Budicí obvod s transformátorovou vazbou je možno realizovat dvojím způsobem. U prvního typu je tranzistor budiče sepnut v době sepnutí spínacího tranzistoru měniče. V tomto případě je otvírací proud tranzistoru měniče dán převodem budicího transformátoru, velikostí napájecího napětí budicího obvodu a velikostí impedance v bázi spínacího tranzistoru měniče. Pro rychlé zavření a desaturaci spínacího tranzistoru je nutno v okamžiku zavírání přivést proud opačné polarity dostatečné velikosti a doby trvání. U uvedeného typu budicího obvodu je tento zavírací proud určen energií, naakumulovanou v transformátoru budiče v době sepnutí tranzistoru budiče. Ukazuje se, že při požadavku na větší budicí proudy nelze již tímto způsobem vytvořit dostatečný zavírací proud, jehož hodnota je navíc závislá na době sepnutí tranzistoru a narůstá též proudový odběr budicího obvodu.Most circuits with transformer coupling are used to drive the switching transistors of the pulse-regulated power supply converter. These circuits enable, in addition to boosting the excitation pulses, the necessary galvanic isolation between the main and output side of the power supply. The transformer coupling excitation circuit can be realized in two ways. In the first type, the exciter transistor is closed at the time of the drive switching transistor. In this case, the opening current of the drive transistor is determined by the drive transformer ratio, the drive voltage supply voltage, and the impedance magnitude at the drive switching transistor base. For fast closing and desaturation of the switching transistor, a current of opposite polarity of sufficient size and duration must be applied at the moment of closing. In the type of excitation circuit, this closing current is determined by the energy accumulated in the exciter transformer at the time of the excitation of the exciter transistor. It turns out that in the case of a demand for higher excitation currents, it is no longer possible to create a sufficient closing current, the value of which is additionally dependent on the transistor switching time and the current consumption of the excitation circuit also increases.

U druhého typu budiče je tranzistor budiče sepnut v době rozepnutí spínacího tranzistoru měniče. V tomto případě je otvírací proud tranzistoru měniče závislý na energii naakumulované v transformátoru budiče během doby sepnutí budicího tranzistoru. Kromě závislostí tohoto proudu na době sepnutí je i obtížné dosáhnout větších hodnot budicího proudu. Tímto způsobem je sice možno vytvořit zavírací proud dostatečné velikosti, avšak za cenu vysoké energetické náročnosti budicího obvodu. Navíc je zde nebezpečí přesycení budicího transformátoru pro úzké budicí impulsy nebo v případě déle trvajícího vypnutí spínacího tranzistoru měniče.In the second exciter type, the exciter transistor is closed when the switching transistor of the drive is open. In this case, the opening current of the transistor of the transducer is dependent on the energy accumulated in the exciter transformer during the energizing time of the excitation transistor. In addition to the dependence of this current on the switch-on time, it is also difficult to achieve greater field current values. In this way, it is possible to produce a closing current of sufficient magnitude, but at the expense of the high energy consumption of the excitation circuit. In addition, there is a danger of the excitation transformer being oversaturated for narrow excitation pulses or in the event of a longer switching off of the transistor switching transistor.

Uvedené nevýhody těchto budicích obvodů odstraňuje budicí obvod spínacího tranzistoru podle vynálezu, v němž výstup generátoru budicích impulsů je spojen s řídícím vstupem prvního spínače, jehož zemní výstup je spojen se zemní svorkou a jehož spínací výstup je spojen s koncem prvního primárního vinutí budicího transformátoru, přičemž začátek prvního primárního vinutí budícího transformátoru je spojen se zdrojem napájecího napětí, kde začátek sekundárního vinutí budicího transformátoru je spojen s prvním vývodem bázové impedance, jejíž druhý vývod je spojen s bází spínacího tranzistoru, jehož emitor je spojen s koncem sekundárního vinutí budicího transformátoru a zároveň se záporným výstupem napájecího obvodu, jehož kladný výstup je spojen s prvním vývodem zatěžovací impedance, jejíž druhý vývod je spojen s kolektorem spínacího tranzistoru, jehož podstatou je, že řídící výstup prvního spínače je spojen se vstupem zpožďovacího obvodu, jehož výstup je spojen s řídícím vstupem druhého spínače, jehož zemní výstup je spojen se zemní svorkou, přičemž spínací výstup druhého spínače je spojen se začátkem druhého primárního vinutí budicího transformátoru, kde konec druhého primárního vinutí budicího transformátoru je spojen se zdrojem napájecího napétí.The disadvantages of these excitation circuits are overcome by the excitation circuit of a switching transistor according to the invention, wherein the output of the excitation pulse generator is coupled to the control input of the first switch, the ground output of which is coupled to the ground terminal. the start of the first primary winding of the excitation transformer is connected to the supply voltage source, where the start of the secondary winding of the excitation transformer is connected to the first base impedance terminal, the second of which is connected to the base of the switching transistor whose emitter is connected the negative output of the supply circuit, the positive output of which is connected to the first terminal of the load impedance, the second terminal of which is connected to the collector of the switching the switch output of the second switch is connected to the start of the second primary winding of the excitation transformer, wherein the end of the second primary winding of the excitation transformer is connected to the control input of the second switch, the ground output of which is connected to the ground terminal; it is connected to the power supply.

Budicí obvod spínacího tranzistoru podle vynálezu umožňuje navrhnout obvod, který zajistí dostatečný otvírací a zavírací proud pro buzení spínacího tranzistoru, a to i pro velké požadované budicí výkony. Přitom velikost obou proudů je nezávislá na době sepnutí spínacího tranzistoru a budicí obvod má nízký proudový odběr.The drive circuit of the switching transistor according to the invention makes it possible to design a circuit that provides sufficient opening and closing current to drive the switching transistor, even at high required excitation powers. The magnitude of both currents is independent of the switching transistor switching time and the excitation circuit has a low current consumption.

Budicí obvod spínacího tranzistoru podle vynálezu bude popsán pomocí obrázků 1 až 3, kde na obr. 1 je blokové schéma zapojení budicího obvodu podle vynálezu, na obr. 2 příslušné impulsní průběhy a na obr. 3 je konkrétní příklad řešení části budicího obvodu.The excitation circuit of the switching transistor according to the invention will be described with reference to Figures 1 to 3, in which Fig. 1 is a block diagram of the excitation circuit according to the invention; Fig. 2 shows the respective pulse waveforms;

V obr. 1 je výstup 11 generátoru 1 budicích impulsů spojen s řídícím vstupem 21 prvního spínače 2. Jeho zemní výstup 22 je spojen se zemní svorkou a jeho spínací výstup 23 je spojen s koncem prvního primárního vinutí budicího transformátoru 3. Začátek prvního primárního vinutí budicího transformátoru 3 je spojen se zdrojem UB napájecího napětí. Začátek sekundárního vinutí budicího transformátoru 3 je spojen s prvním vývodem bázové impedance 4, jejíž druhý vývod je spojen s bází spínacího tranzistoru 5. Jeho emitor je spojen s koncem sekundárního vinutí budicího transformátoru 3 a zároveň se záporným výstupem 72 napájecího obvodu 7. Jeho kladný výstup 71 je spojen s prvním vývodem zatěžovací impedance 6, jejíž druhý vývod je spojen s kolektorem spínacího tranzistoru 5. Řídící výstup 24 prvního spínače 2 je spojen se vstupem 81 zpožďovacího obvodu 8. Jeho výstup 82 je spojen s řídícím vstupem 91 druhého spínače 9, jehož zemní výstup 92 je spojen se zemní svorkou. Spínací výstup 93 druhého spínače 9 je spojen se začátkem druhého primárního vinutí budicího transformátoru 3. Konec druhého primárního vinutí budicího transformátoru 3 je spojen se zdrojem UB napájecího napětí.In Fig. 1, the output 11 of the excitation pulse generator 1 is connected to the control input 21 of the first switch 2. Its ground output 22 is connected to the ground terminal and its switching output 23 is connected to the end of the first primary winding of the excitation transformer 3. the transformer 3 is connected to a UB power supply source. The start of the secondary winding of the excitation transformer 3 is connected to the first terminal of the base impedance 4, the second of which is connected to the base of the switching transistor 5. Its emitter is connected to the end of the secondary winding of the excitation transformer 3. 71 is connected to the first terminal of the load impedance 6, the second terminal of which is connected to the collector of the switching transistor 5. The control output 24 of the first switch 2 is connected to the input 81 of the delay circuit 8. Its output 82 is connected to the control input 91 of the second switch 9. ground output 92 is coupled to ground terminal. The switching output 93 of the second switch 9 is connected to the beginning of the second primary winding of the excitation transformer 3. The end of the second primary winding of the excitation transformer 3 is connected to the supply voltage UB.

Impulsy z generátoru 1 budicích impulsů spínají první spínač 2. V době jeho sepnutí je napěťový impuls vytvořený na prvním primárním vinutí budicího transformátoru 3 přenesen na jeho sekundární vinutí s kladnou polaritou. Spínací tranzistor 5 je sepnut propustným proudem určeným převodem budicího transformátoru 3, velikostí zdroje UB napájecího napětí a velikostí bázové impedance 4. V okamžiku rozepnutí prvního spínače 2 se začne na výstupu 82 zpožďovacího obvodu 8 generovat impuls, jehož šířka je přibližně rovna době sepnutí prvního spínače 2. V praxi je řídící výstup 24 prvního spínače 2 propojen přímo s řídícím vstupem 21 nebo se spínacím výstupem 23 prvního spínače 2. Takto vzniklé impulsy z výstupu 82 zpožďovacího obvodu 8 spínají druhý spínač 9. V době jeho sepnutí se vytváří na sekundárním vinutí budicího transformátoru 3 záporné napětí, které způsobí desaturaci a zavření spínacího tranzistoru 5. Příslušný zavírací proud je opět dán převodem budicího transformátoru 3, velikostí zdroje UB napájecího napětí a velikostí bázové impedance 4. Vzhledem k vyváženosti spínání prvního a druhého spínače 2 a 9 nedochází k přesycování budicího transformátoru 3. Princip funkce je též zřejmý z impulsních průběhů na obr. 2, kde jsou vyznačeny napěťové průběhy v označených místech schématu.The pulses from the excitation pulse generator 1 switch the first switch 2. At the time of its switching, the voltage pulse generated on the first primary winding of the excitation transformer 3 is transferred to its positive polarity secondary winding. The switching transistor 5 is switched by the forward current determined by the excitation of the excitation transformer 3, the size of the supply voltage UB and the size of the base impedance 4. At the opening of the first switch 2 a pulse is generated at the output 82 of the delay circuit 8. 2. In practice, the control output 24 of the first switch 2 is connected directly to the control input 21 or the switching output 23 of the first switch 2. The thus generated pulses from the output 82 of the delay circuit 8 switch the second switch 9. The corresponding closing current is again given by the conversion of the excitation transformer 3, the size of the UB supply voltage and the base impedance size 4. Due to the balancing of the switching of the first and the second transformer 3, The operating principle is also evident from the pulse waveforms in Fig. 2, where the voltage waveforms at the indicated locations of the diagram are indicated.

Zpožďovací obvod 8 může být realizován elektronicky, například na principu nabíjení a vybíjení kondenzátoru konstantním proudem. Jednoduchou možnost realizace tohoto zpožďovacího obvodu ukazuje obr. 3, kde vstup 81 zpožďovacího obvodu 8 je spojen s katodou oddělovací diody 801, jejíž anoda je spojena se začátkem primárního vinutí snímacího transformátoru 802. Konec primárního vinutí snímacího transformátoru 802 je spojen se zdrojem UB napájecího napětí a zároveň s katodou upínací diody 803. Její anoda je spojena se začátkem sekundárního vinutí snímacího transformátoru 802 a s prvním vývodem omezovacího odporu 804. Jeho druhý vývod je spojen s katodou ochranné diody 805 a se vstupem prvního invertoru 806. Jeho výstup je spojen se vstupem druhého invertoru 807, jehož výstup je spojen s výstupem 82 zpožďovacího obvodu 8. Konec sekundárního vinutí snímacího transformátoru 802 a anoda ochranné diodyThe delay circuit 8 can be realized electronically, for example on the principle of constant current charging and discharging. A simple implementation of this delay circuit is shown in Fig. 3, where the input 81 of the delay circuit 8 is coupled to the cathode of the diode 801, the anode of which is connected to the start of the primary winding of the sensing transformer 802. and the cathode of the clamping diode 803. Its anode is connected to the start of the secondary winding of the sensing transformer 802 and the first terminal of the resistor 804. Its second terminal is connected to the cathode of the diode 805 and the input of the first inverter 806. an inverter 807 whose output is coupled to the output 82 of the delay circuit 8. End of the secondary winding of the sensing transformer 802 and the anode of the protective diode

805 jsou spojeny se zemní svorkou.805 are connected to ground terminal.

V tomto případě je možno vstup 81 zpožďovacího obvodu 8 přímo propojit se spínacím výstupem 23 prvního spínače 2. Tím je zahrnuta i jeho saturace. V době sepnutí prvního spínače 2 je v primárním vinutí snímacího transformátoru 802 akumulována magnetizační energie. Její velikost je úměrná době sepnutí prvního spínače 2.In this case, the input 81 of the delay circuit 8 can be directly connected to the switching output 23 of the first switch 2. This also includes its saturation. When the first switch 2 is closed, magnetizing energy is stored in the primary winding of the sensing transformer 802. Its size is proportional to the switching time of the first switch 2.

V této době je na sekundárním vinutí snímacího transformátoru 802 záporné napétí, které po zpracování omezovacím odporem 804 a ochrannou diodou 805 na vstupu prvního invertoruAt this time, there is a negative voltage on the secondary winding of the sensing transformer 802, which after processing by a limiting resistor 804 and a protective diode 805 at the input of the first inverter.

806 vytváří na výstupu druhého invertoru 807 logickou nulu. Druhý spínač 9 je zavřen.806 produces a logic zero at the output of second inverter 807. The second switch 9 is closed.

V okamžiku rozpojení prvního spínače 2 vygeneruje se na sekundárním vinutí snímacího transformátoru 802 kladný impuls, jehož šířka přibližně odpovídá době sepnutí prvního spínače 2, neboť napětí je pomocí upínací diody 803 omezeno na velikost zdroje UB napájecího napětí.At the moment of opening of the first switch 2, a positive pulse is generated on the secondary winding of the sensing transformer 802, the width of which approximately corresponds to the switching time of the first switch 2, since the voltage is limited by the clamping diode 803.

V této době je na výstupu druhého invertoruAt this time, the second inverter is outputting

807 úroveň logické jedničky, takže je sepnut druhý spínač 9. Po vyčerpání energie naakumulované v snímacím transformátoru 802 přechází výstup 82 zpožďovacího obvodu 8 opět do logické nuly a druhý spínač 9 se zavře. Oddělovací dioda 801 odděluje primární vinutí snímacího transformátoru 802 od budicího transformátoru 3 v době rozpojení prvního spínače 2. Převod snímacího transformátoru 802 je většinou roven jedné.807, the second switch 9 is closed so that the power accumulated in the sensing transformer 802 is exhausted, the output 82 of the delay circuit 8 returns to logic zero and the second switch 9 closes. The decoupling diode 801 separates the primary winding of the sensing transformer 802 from the driver transformer 3 at the time the first switch 2 is opened. The conversion of the sensing transformer 802 is mostly equal to one.

Budicí obvod spínacího tranzistoru podle vynálezu je vhodný pro spínaní tranzistorů měniče u impulsně regulovaných napájecích zdrojů, zvláště u zdrojů s velkým výstupním výkonem. Zajišťuje správné buzení a desaturaci spínacích tranzistorů, které má podstatný vliv na spolehlivost a účinnost celého impulsně regulovaného napájecího zdroje. Kvalita buzení je nezávislá proThe drive circuit of the switching transistor according to the invention is suitable for switching the transistor transistors of pulse-regulated power supplies, especially power supplies with high output power. It ensures correct excitation and desaturation of switching transistors, which has a significant impact on the reliability and efficiency of the whole pulse-regulated power supply. The excitation quality is independent of

Claims

SUBJECT

A transistor of a switching transistor, wherein the output of the excitation pulse generator is coupled to the control input of a first switch, the ground output of which is coupled to a ground terminal, and the switching output of which is connected to the end of the first primary winding of the excitation transformer; it is connected to a supply voltage source, where the start of the secondary winding of the excitation transformer is connected to a first base impedance terminal, the second of which is connected to the base of the switching transistor whose emitter is connected to the end of the secondary winding of the excitation transformer the positive output is connected to a first terminal of the load impedance, the second terminal of which is connected to the collector of the switching transistor, characterized in that the control output (24) of the first switch (2) is connected to the input (81) of the delay circuit ), whose output (82) is coupled to the control input (91) of the second switch (9), whose ground output (92) is coupled to ground, the switching output (93) of the second switch (9) being coupled to the start of the second primary wide the range of excitation pulse widths and the excitation circuit is energy efficient.

OF THE INVENTION the winding of the excitation transformer (3), wherein the end of the second primary winding of the excitation transformer (3) is connected to a supply voltage (UB).

2. The transistor driver circuit of claim 1, wherein the input (81) of the delay circuit (8) is coupled to the cathode of the diode (801), the anode of which is connected to the start of the primary winding of the sensing transformer (802). the winding of the sensing transformer (802) is connected to the supply voltage source (UB) and the cathode of the clamping diode (803), the anode of which is connected to the start of the secondary winding of the sensing transformer (802) and is connected to the cathode of the protective diode (805) and to the input of the first inverter (806), the output of which is connected to the input of the second inverter (807), the output of which is connected to the output (82) of the delay circuit (8); the transformer (802) and the anode of the protective diode (805) are connected to the ground terminal.