CS263214B1

CS263214B1 - Bipolar transistor excitation circuit

Info

Publication number: CS263214B1
Application number: CS868755A
Authority: CS
Inventors: Petr Ing Parkan; Zdenek Ing Patak
Original assignee: Parkan Petr; Patak Zdenek
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS875586A1

Abstract

Zapojení se týká realizace budicího obvodu pro ovládání bipolárníoh spínacích tranzistorů, pracujících v impulsním režimu. Zapojení vytváří v době sepnutí tranzistoru NPN kladný bidicí proud do jeho báze a v době zavírání záporný desaturační proud z jeho báze. Proudový transformátor spolu s budicí diodou, Zgnerovou diodou a desaturační diodou žajištují, že velikost budicího i desaturačního proudu je úměrná okamžité hodnotě kolektorového proudu tranzistoru NPN. Budicí obvod bipolárního tranzistoru je vhodný pro ovládání spínacích tranzistorů měničů impulsně regulovaných napájecích zdrojů.The connection concerns the implementation of a drive circuit for controlling bipolar switching transistors operating in pulse mode. The connection creates a positive bias current into the base of the NPN transistor when it is turned on and a negative desaturation current from its base when it is turned off. The current transformer, together with the drive diode, Zener diode and desaturation diode, ensure that the magnitude of the drive and desaturation current is proportional to the instantaneous value of the collector current of the NPN transistor. The drive circuit of the bipolar transistor is suitable for controlling the switching transistors of converters of pulse-regulated power supplies.

Description

Předmět vynálezu se týká realizace budicího obvodu pro ovládání bipolárních spínacích tranzistorů, pracujících v impulsním režimu.The present invention relates to an excitation circuit for controlling bipolar switching transistors operating in pulse mode.

Iro kvalitní sepnutí a rychlé rozepnutí bipolárního spínacího tranzistoru je nutno přivést do jeho báze dostatečně velký budicí proud a v době zavírání dostatečný desaturační proud opačné polarity. Při větších změnách spínané zátěže je nutno přizpůsobit velikost budicího proudu okamžité hodnotě spínaného proudu, aby bylo vždy dosaženo krátké doby saturace spínacího tranzistoru. To je možno realizovat pomocí proudově závislého buzení s využitím proudového transformátoru, jehož primární vinutí snímá kolektorový proud spínacího tranzistoru. Sekundární vinutí proudového transformátoru vytváří budicí proud do báze spínacího tranzistoru, který je úměrný okamžité hodnotě kolektorového proudu. U známých zapojení budicích obvodů s proudovým transformátorem se však provádí obtížně zavírání spínacího tranzistoru. Budicí obvody mají velké proudové namáhání a jsou energeticky náročné a složité.For good switching and fast opening of the bipolar switching transistor, it is necessary to bring to its base a sufficiently large excitation current and at the time of closing a sufficient desaturation current of opposite polarity. In the case of larger changes in the switching load, the field current must be adjusted to the instantaneous value of the switching current in order to always achieve a short saturation time of the switching transistor. This can be realized by means of current-dependent excitation using a current transformer whose primary winding senses the collector current of the switching transistor. The secondary winding of the current transformer generates a drive current to the base of the switching transistor, which is proportional to the instantaneous value of the collector current. However, the known circuits of the current transformer circuits make it difficult to close the switching transistor. The excitation circuits have a high current load and are energy intensive and complex.

283 214283 214

Uvedené nevýhody odstraňuje budicí obvod bipolárního tranzistoru podle vynálezu, jehož podstatou je, že konec budicího vinutí proudového transformátoru je spojen s prvním vývodem ovládacího obvodu, přičemž katoda desaturační diody je spojena s emitorem tranzistoru NPN. - . .These disadvantages are overcome by the bipolar transistor excitation circuit of the present invention, wherein the end of the current transformer excitation winding is connected to the first terminal of the control circuit, wherein the desaturation diode cathode is connected to the emitter of the NPN transistor. -. .

Výhoda budicího obvodu bipolárního tranzistoru podle vynálezu spočívá v tom, že tento obvod zajištuje jednoduchým způsobem kvalitní buzení i rychlé a spolehlivé zavření spínacího tranzistoru. Budicí i desaturační proud jsou úměrné okamžité hodnotě spínaného proudu. Tím je dosaženo krátké a v Širokém rozsahu spínaného proudu nezávislé doby saturace spínacího tranzistoru. Proudové zatížení aktivních prvků budicího obvodu bipolárního tranzistoru je nízké.An advantage of the bipolar transistor drive circuit of the present invention is that it provides both a good excitation and a fast and reliable closure of the switching transistor in a simple manner. Both excitation current and desaturation current are proportional to the instantaneous switching current value. This results in an independent saturation time of the switching transistor in a short and wide switching current range. The current load of the bipolar transistor driver active elements is low.

Na připojeném výkresu je nakreslen příklad zapojení budicího obvodu bipolárního tranzistoru podle vynálezu, v němž první vývod 91 napájecího zdroje 9 je spojen s prvním vývodem zátěže 7. Její druhý vývod je spojen se začátkem snímacího vinutí 3J proudového transformátoru 3. Jeho konec je spojen s kolektorem tranzistoru 6 NPN. Jeho emitor je spojen s druhým vývodem 92 napájecího zdroje _9. První vývod £1 ovládacího obvodu 1. je spojen s koncem budicího vinutí 33 proudového transformátoru 3 a s prvním vývodem 81 rozběhového obvodu 8. Jeho druhý vývod 82 je spojen s koncem desaturačního vinutí 32 proudového transformátoru 3» s katodou budicí diody 5 a s bází tranzistoru 6 NPN. Druhý vývod 12 ovládacího obvodu _1_ je spojen s emitorem tranzistoru NPN a s katodou desaturační diody 2. Její anoda je spojena se začátkem desaturačního vinutí 32 proudového transformátoru _3· Začátek budicího vinutí 33 proudového transformátoru _3 je spojen s katodou Zenerovy diody 4. Její anoda je spojena s anodou budicí diody 5.In the attached drawing, an example of a bipolar transistor excitation circuit according to the invention is shown in which the first terminal 91 of the power supply 9 is connected to the first terminal of the load 7. Its second terminal is connected to the start of the sensing winding 31 of the current transformer 3. transistor 6 NPN. Its emitter is connected to the second terminal 92 of the power supply 9. The first terminal 81 of the control circuit 1 is connected to the end of the excitation winding 33 of the current transformer 3 and to the first terminal 81 of the start circuit 8. Its second terminal 82 is connected to the end of the desaturation winding 32 of the current transformer 3. NPN. The second terminal 12 of the control circuit 1 is connected to the NPN emitter and the cathode of the desaturation diode 2. Its anode is connected to the start of the desaturation winding 32 of the current transformer 3. with anode excitation diode 5.

283 214283 214

Funkce budicího obvodu bipolárního tranzistoru padle vynálezu je následující. Ovládací obvod 1_ vytváří impulsy vhodné polarity a amplitudy pro ovládání tranzistoru _6 NPN. V okamžiku příchodu náběžné hrany kladného impulsu na prvním vývodu 1_1 ovládacího obvodu 1_ dojde přes rozběhový obvad _8 k počátečnímu vybuzení tranzistoru 6 NPN. Rozběhový obvod 8 obsahuje například paralelní kombinaci odporu a kondenzátorů. Tranzistor £ NPN se otevře a jeho kolektorem začne protékat proud z napájecího zdroje 9 přes zátěž 7. Tento proud je snímán snímacím vinutím 31 proudového transformátoru 3. Na jeho budicím vinutí 33 se vytvoří takové napětí, které způsobí tok budicího proudu do báze tranzistoru 6 NPN přes Zenerovu diodu 4 a otevřenou budicí diodu 5. Velikost a polarita napětí vytvořeného na budi cím vinutí 33 proudového transformátoru 3 závisí na amplitudě kladného impulsu na prvním vývodu “Q ovládacího obvodu 1_ a na velikosti napětí Zenerovy diody 4. Při vhodném návrhu je v této době na budicím vinutí 33 proudového transformátoru 3 záporné napětí, které snižuje amplitudu kladného impulsu z prvního vývodu 1_1 ovládacího obvodu 1_ tak, aby bylo dosaženo požadované hodnoty budicího proudu.The function of the drive circuit of the bipolar transistor of the present invention is as follows. The control circuit 7 generates pulses of appropriate polarity and amplitude to control the transistor 6 of the NPN. Upon arrival of the positive edge rising edge at the first terminal 11 of the control circuit 7, the NPN transistor 6 is initially energized via the start-up dressing 8. The starting circuit 8 comprises, for example, a parallel combination of resistor and capacitors. The NPN transistor 6 opens and the current from the power supply 9 flows through its collector through the load 7. This current is sensed by the sensing winding 31 of the current transformer 3. The excitation winding 33 generates a voltage that causes the excitation current to flow to the base The magnitude and polarity of the voltage generated on the excitation winding 33 of the current transformer 3 depends on the amplitude of the positive pulse at the first terminal 10 of the control circuit 7 and the magnitude of the voltage of the Zener diode 4. A negative voltage that decreases the amplitude of the positive pulse from the first terminal 11 of the control circuit 7 so as to achieve the desired excitation current value.

Tím vytvořené záporné napětí na desaturačním vinutí 32 proudového transformátoru 3 udržuje desaturační diodu £ v zavřeném stavu. Protékající kladný bázový proud je úměrný kolektorovému proudu v poměru počtu závitů snímacího vinutí 3J a budicího vinutí 33 proudového transformátoru 3.The negative voltage thus created on the desaturation winding 32 of the current transformer 3 keeps the desaturation diode 6 closed. The positive base current flowing is proportional to the collector current in the ratio of the number of turns of the sensing winding 31 to the driving winding 33 of the current transformer 3.

V okamžiku příchodu sestupné hrany impulsu na prvním vývodu £1 ovládacího obvodu 1_ začne proud přes budicí vinutí 33 proudového transformátoru 3 klesat. Zároveň začne protékat přes jeho desaturační vinutí 32 proud opačné polarity, který postupně narůstá.When the falling edge of the pulse arrives at the first terminal 61 of the control circuit 7, the current through the drive winding 33 of the current transformer 3 begins to decrease. At the same time, a current of opposite polarity begins to flow through its desaturation winding 32, which gradually increases.

V této době jsou záporným bázovým proudem odváděny náboje nahromaděné v oblasti báze tranzistoru 6 NPN. Dochází k jeho rychlé desatu-At this time, charges accumulated in the base region of transistor 6 NPN are removed by a negative base current. There is a fast ten-

263 214 raci a zavření. Desaturační proud zanikne až v okamžiku úplného odvedení všech nábojů z báze. Spolehlivého zavření tranzistoru 6_ NPN je možno dosáhnout využitím běžně používaného obvodu pro snížení rozpínacích ztrát tranzistoru, který je tvořen diodou, odporem a kondenzátorem, připojeného k jeho kolektoru. Tento obvod prodlouží průtok desaturačního proudu proti okamžiku zániku kolektorového proudu tranzistoru 6 NPN.263 214 crayfish and closing. The desaturation current ceases only when all charges are removed from the base. The reliable closing of the NPN transistor 6 can be achieved by using a commonly used circuit to reduce the expansion losses of the transistor consisting of a diode, a resistor, and a capacitor connected to its collector. This circuit will extend the desaturation current flow against the collector current of the NPN transistor 6.

Dosažená velikost záporného desaturačního proudu z báze tranzistoru 6 NPN je opět úměrná okamžité hodnotě protékajícího kolektorového proudu v poměru pečtu závitů snímacího vinutí 51 a desaturačního vinutí 52 proudového transformátoru 5. Energie nezbytná pro zavírání tranzistoru jS NPN se odebírá prostřednictvím proudového transformátoru _3 z napájecího zdroje 9. Ovládací obvod 2 dodává pouze energii pro sepnutí tranzistoru 6 NPN. Po jeho zavření dojde k demagnetizaci proudového transformátoru 5. Napěžové překmity vznikající v této době na jeho vinutích je možno omezit běžným způsobem, například pomocí Zenerových diod.The achieved value of the negative desaturation current from the base of the NPN transistor 6 is again proportional to the instantaneous value of the collector current flowing in the ratio of the thread windings of the sensing winding 51 to the desaturating winding 52 of the current transformer. The control circuit 2 supplies only the power to switch on transistor 6 NPN. After closing it, the current transformer 5 is demagnetized. Voltage overvoltage occurring at this time on its windings can be reduced in a conventional way, for example by means of Zener diodes.

Konkrétní provedení budicího obvodu bipolárního tranzistoru podle vynálezu závisí na řešení ovládacího obvodu 1_. V případě provedení podle výkresu vytváří ovládací obvod 1_ v době buzení kladné impulsy a v době zavírání nulovou úroveň. V tomto případě způsobuje Zenerova dioda 4 zvýSení velikosti napětí na budicím vinutí 53 proudového transformátoru 5 nezbytného pro buzení tranzistoru 6. NPN, čímž je zajištěno jeho spolehlivé zavření po ukončení kladného impulsu na prvním vývodu 1_1 ovládacího obvodu 1_. Pokud je ovládací obvod 2 tvořen spínačem, který v době svého sepnutí vytváří kladné impulsy a v době desaturace tranzistoru 6 NPN je rozpojen, je možno Zenerovu diodu 4 vypustit. Součástí ovládacího obvodu může být iThe particular embodiment of the drive circuit of the bipolar transistor according to the invention depends on the design of the control circuit 7. In the embodiment according to the drawing, the control circuit 7 generates positive pulses at the time of excitation and a zero level at the time of closing. In this case, the Zener diode 4 causes an increase in the voltage across the excitation winding 53 of the current transformer 5 necessary to drive the transistor 6. NPN, thereby ensuring its reliable closure upon completion of the positive pulse at the first terminal 11 of the control circuit 7. If the control circuit 2 consists of a switch which generates positive pulses at the time of its switching and is disconnected at the time of desaturation of the NPN transistor 6, the Zener diode 4 can be omitted. The control circuit may include i

- 5 oddělovací transformátor. 283 214- 5 isolation transformer. 283 214

V praxi se volí poměr počtu závitů budicího vinutí 55 ^a snímacího vinutí 31 proudového transformátoru 3 podle předpokládaného proudového zesilovacího činitele tranzistoru 6 NPN. Poměr počtu závitů desaturačního vinutí 32 a snímacího vinutí 21 proudového transformátoru 3 se potom volí například dvakrát menši, takže záporný desaturační proud z báze je dvakrát větší než kladný budicí proud do báze.In practice, the ratio of the number of turns of the excitation winding 55 ^{to the} sensing winding 31 of the current transformer 3 is chosen according to the assumed current amplification factor of the NPN transistor 6. The ratio of the number of turns of the desaturation winding 32 to the sensing winding 21 of the current transformer 3 is then chosen to be, for example, twice smaller, so that the negative desaturation current from the base is twice greater than the positive excitation current to the base.

Místo tranzistoru 6 NPN je možno použít tranzistoru typu PNP.A PNP transistor can be used in place of the NPN transistor 6.

V tomto případě je nutno zaměnit polaritu napájecího zdroje 9» polaritu impulsů ovládacího obvodu 1 a orientaci desaturační diody 2, Zenerovy diody 4 a budicí diody 5.In this case it is necessary to reverse the polarity of the power supply 9 »of the pulses of the control circuit 1 and the orientation of the desaturation diode 2, the Zener diode 4 and the excitation diode 5.

Budicí obvod bipolárního tranzistoru podle vynálezu je vhodný například pro ovládání spínacích tranzistorů měničů impulsně regulovaných napájecích zdrojů.The bipolar transistor excitation circuit of the present invention is suitable, for example, for controlling the switching transistors of pulse-regulated power supply converters.

Claims

A bipolar transistor driver circuit in which the first power supply terminal is connected to a first load terminal, the second terminal being connected to the start of the current transformer sensing winding, the end of which is connected to a NPN transistor collector whose emitter is connected to the second power supply terminal the control circuit terminal, the first terminal of which is connected to the first terminal of the starting circuit, the second terminal of which is connected to the end of the desaturation winding of the current transformer, the transistor base ΝΓΝ and the excitation diode cathode of which anode is connected to the anode of Zener diode; the start of the current transformer drive winding, wherein the start of the current transformer desaturation winding is connected to the anode of the desaturation diode, characterized in that the end of the current transformer drive winding (53) is connected to the first terminal (11) of the control circuit (1);the desaturation diode (2) is coupled to the emitter of the transistor (6) NPN.