Способ управления биполярным транзистором резонансного преобразователя

1 Изобретение относится к электротехнике и предназначено для реализации мощных, дешевых и эффективных транзисторных источников питания различного применения (станции катодной защиты), работающих в условиях повышенной температуры окружающей среды и при естественном охлаждении. Известен способ управления биполярным транзистором резонансного преобразователя напряжения, включающий одновременное накопление энергии магнитного поля и подачу открывающего импульса тока прямоугольной формы от источника напряжения и подачу закрывающего импульса тока за счет накопленной энергии магнитного поля [1]. Одним из недостатков способа является то,что открывающий (прямоугольный) импульс тока несогласован или несопряжен с синусоидальной формой тока коллектора и приводит к избыточной мощности управления, что существенно именно в мощных резонансных преобразователях. Этот класс преобразователей характеризуется малым уровнем потерь в выходной цепи, соизмеримым с мощностью управления. Другим недостатком является то, что закрывающий импульс тока ограничен по мощности, что приводит к затягиванию рассасывания зарядов в области базы, ненадежному запиранию транзистора и возможности появления сквозных токов в двухтактных преобразователях в случае изменения нагрузки в широком диапазоне. Устройство, реализующее наиболее просто данный способ, является однотактным трансформаторным преобразователем с прямой передачей энергии. После интервала времени открытого состояния силового транзистора наблюдается увеличение его длительности. Это связано с рассасыванием зарядов в базе силового транзистора и с ограниченной мощностью самого однотактного преобразователя (при выключении транзистора этого преобразователя). Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ управления биполярным транзистором резонансного преобразователя напряжения, включающий одновременное накопление энергии магнитного поля и подачу запирающего импульса тока от источника напряжения, подачу открывающего импульса тока за счет накоплений энергии магнитного поля и за счет части выходной коммутируемой мощности [2]. Особенностью такого способа управления является то, что используемая положительная обратная связь уменьшает мощность, потребляемую от источника напряжения и обеспечивает сопряжение по форме открывающего импульса и импульса тока коллектора. Устройство,реализующее данный способ, является однотактным трансформаторным преобразователем с обратной передачей энергии, вторичная обмотка 2 которого содержит отвод для организации положительной обратной связи. Основным недостатком способа является влияние режима выходной цепи преобразователя напряжения (тока коллектора) из-за положительной обратной связи на процесс управления вплоть до сбоев, что снижает надежность управления. Конкретно это влияние связано с тем, что хотя основная часть энергии положительной обратной связи поступает на базу силового транзистора, но какая-то ее часть - все же в цепь транзистора и в первичную обмотку трансформатора этого однотактного преобразователя. Еще один недостаток связан с избыточной подаваемой мощностью управления. Дело в том,что открывающий импульс (из-за действия положительной обратной связи) содержит синусоидальную составляющую выходного тока. Поэтому для исключения динамических потерь при включении (которые для резонансных преобразователей малы, но все же есть) необходимо обеспечить достаточную крутизну переднего фронта открывающего синусоидального импульса, что возможно только за счет увеличения амплитуды и тепловых потерь. Но при этом также увеличивается время рассасывания и восстановления транзистора при выключении, что может привести к сквозным токам в двухтактном преобразователе. Задачей, которую решает данное изобретение, является обеспечение экономичного и надежного управления биполярным транзистором резонансного преобразователя напряжения. Поставленная задача достигается тем, что по способу управления биполярным транзистором резонансного преобразователя напряжения,включающего одновременное накопление энергии магнитного поля и подачу запирающего импульса тока от источника напряжения, формирование и подачу открывающего импульса тока за счет накопленной энергии магнитного поля, согласованного по форме с синусоидальным импульсом выходного тока, открывающий импульс тока формируют в виде суммы прямоугольной составляющей и синусоидальной составляющей, причем длительность прямоугольной составляющей соответствует полупериоду синусоидального импульса выходного тока, а полупериод синусоидальной составляющей меньше этого полупериода на величину времени рассасывания транзистора. Такой вид открывающего импульса тока позволяет с учетом инерционности и коэффициента усиления транзистора наиболее оптимально (по минимуму мощности потерь на транзисторе) обеспечить согласование по форме и амплитуде с импульсом выходного тока. Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2, на которых изображено: 3 на фиг. 1 - схема устройства, в котором реализован предлагаемый способ; на фиг. 2 - эпюры токов и напряжений в характерных точках схемы. Согласно предлагаемого способа, задающий генератор 1 вырабатывает двухтактные импульсные управления (фиг. 2 а) предварительными транзисторами 2, которые через формирующие трансформаторы 3 и конденсаторы 4 поочередно с паузой открывают биполярные транзисторы 5 резонансного преобразователя напряжения, содержащего также выходной трансформатор 6 и резонансные конденсаторы 7 с ограничивающими диодами 8, выпрямителем 9. Частота колебаний тока определяется конденсаторами 7 и индуктивностью рассеяния трансформатора 6. При номинальной нагрузке 10, 11 совмещенные выходные импульсы тока (токи транзисторов 5) соответствуют фиг. 2d, a напряжение Uкэ транзистора 5 - фиг. 2 е. На интервале времени 0 - t1 (в установившемся режиме) происходит накопление энергии в одном из трансформаторов 3 от источника напряжения E1 и подается запирающее напряжение на базу транзистора 5. В момент времениt1 соответствующий транзистор 2 выключается и за счет накопленной энергии возникает импульс напряжения на этом транзисторе - фиг 2b. Этот импульс напряжения определяет открывающий(на интервале t1 - t5) и закрывающий (на интервале t5 - t6) импульс тока транзистора 5 - фиг. 2 с. Открывающий импульс тока содержит прямоугольную составляющую fj, которая вместе с синусоидальной составляющей дает результирующий импульс iKL. Период синусоидальной составляющей определяется конденсатором 4 и индуктивностью первичной обмотки трансформатора 3. Соотношение между амплитудами прямоугольной и синусоидальной составляющей определяется коэффициентом трансформации или загрузкой трансформатора 3. Это соотношение задает необходимое согласование по форме с синусоидальным импульсом выходного тока (по минимуму потерь на транзисторе 5 при заданной мощности управления, потребляемой от источника E1). Также необходимое согласование по форме задается и крутизной фронта синусоидальной составляющей, которая обеспечивает форсированное или опережающее включение транзисторов 5. С учетом инерционности транзистора 5 момент времени окончания синусоидальной составляющей t4 наступает раньше, 001703 4 чем момент времени t5 окончания импульса выходного тока, что уменьшает мощность управления до необходимого уровня. Аналогично,момент времени t2, соответствующий амплитуде синусоидальной составляющей,наступает раньше, чем t3. Пример конкретной реализации способа управления. Преобразователь напряжения мощностью 1,5 кВт, напряжение питания E2 - выпрямленная однофазная сеть. В качестве транзисторов 5 используются КТ 847 А по три штуки параллельно в каждом плече. Полупериод импульсов выходного тока составляет 30 мкс, а амплитуда порядка 25 А. Полупериод синусоидальной составляющей равен 22 мкс, а амплитуда открывающего импульса - 3 А. Мощность потерь на транзисторах 5 в каждом плече порядка 5 Вт. Мощность управления всего преобразователя порядка 3 Вт. Источники информации, использованные при составлении заявки: 1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Найвельт Г. С., Мазель К. Б., Хусаинов Ч. И. и др.; под ред. Г.С. Пайвельта. - М.: Радио и связь, 1986, с. 576. 2. Белов Г.А., Кузьмин С.А., Баймулкин В.А. Мощные транзисторные преобразователи постоянного напряжения. - Электронная техника в автоматике / Под. ред. Ю.И. Конева.- М.: Радио и связь, 1986, вып. 17, с. 142-148. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ управления биполярным транзистором резонансного преобразователя напряжения, включающий одновременное накопление энергии магнитного поля и подачу запирающего импульса тока от источника напряжения, формирование и подачу открывающего импульса тока за счет накопленной энергии магнитного поля, согласованного по форме с синусоидальным импульсом выходного тока, отличающийся тем, что открывающий импульс тока формируют в виде суммы прямоугольной составляющей и синусоидальной составляющей, причем длительность прямоугольной составляющей соответствует полупериоду синусоидального импульса выходного тока, а полупериод синусоидальной составляющей меньше этого полупериода импульса выходного тока на величину времени рассасывания транзистора.