5.6 Трансформаторное управление силовыми ключами

Данный вид управления применяется в тех случаях, когда ШИМ-контроллер и си­ловые ключи, выполняемые на полевых транзисторах, гальванически разделены или когда при управлении стойками транзисторов применение драйверов, спо­собных переключать транзисторы, затворы которых находятся под высоким по­тенциалом, по каким-то причинам становится невозможным. Несмотря на то что трансформаторы, в том числе и управляющие, являются одними из наиболее дорогостоящих компонентов преобразовательной техники и к тому же не самыми технологичными, широко применяется трансформаторное управление мощными полевыми транзисторами.

Рассмотрим управление стойкой транзисторов, когда нижний ключ управляет­ся непосредственно от ШИМ-контроллера, а верхний — от трансформатора (рис. 36). Такой способ управления применим, когда полевые транзисторы не очень большой мощности, а частота их переключения высокая, что не позволяет приме­нить драйвер, управляющий стойкой.

Диаграммы напряжений на некоторых элементах схемы показаны на рис. 37. Полярности напряжений на конденсаторах C1 и С2 обозначены на рис. 36. На рис. 37 показано, что высокий уровень напряжения на выходе ШИМ-контролле-

Рис. 36 — Управление стойкой транзисторов от ШИМ-контроллера и трансформатора.

Рис. 37 — Диаграммы напряжений на некоторых элементах схемы

ра соответствует длительности импульса t_и. Постоянная составляющая напряжения на выходе ШИМ-контроллера равна постоянному напряжению на конденсаторе C1. Постоянные составляющие напряжений отсутствуют на обеих обмотках трансфор­матора. Диаграммы на рис. 37 показаны для равенства витков W₁ и W_г В интер­вале t_и включается нижний транзистор схемы рис. 38 (Т2), в этом же интервале происходит подзаряд конденсаторов C1 и С2, а транзистор T1 удерживается в зак­рытом состоянии. В интервале времени Т —t заперт силовой транзистор T2, а транзистор T1 открыт, поскольку напряжение на его затворе равно сумме напряже­ний на обмотке W₂ и конденсаторе С2.

Из сравнения рис. 38 можно видеть, что построение затворных цепей транзисторов T1 и T2 в обоих случаях является очень близким. При изменении длительности t_и в схеме рис. 38 происходит изменение постоянных напряжений U_c1 и U_c2, а кроме того, изменяется соотношение между напряжениями на обмотках W₁ и W₂ в импульсе и паузе. Схема, показанная на рис. 38, может быть изменена таким образом, что оба транзистора (T1 и T2) будут управляться от одного транс­форматора с двумя вторичными обмотками. Остается добавить, что схема рис. 38 удобна при управлении транзисторами, работающими в несимметричных полумостовых преобразователях.

При управлении транзисторами, работающими в мощных мостовых каскадах с фазовым сдвигом (phase shift control), как правило, применяются трансформаторы для передачи сигналов на затворы. Пример реализации подобного принципа управ­ления показан на рис. 38. ШИМ-контроллер имеет четыре выхода для управле­ния транзисторами моста по принципу фазового сдвига. На рис. 38 показаны только два выходных сигнала этого контроллера (1 и 2), управляющие одной стой­кой на транзисторах T1 и T2. Напряжения на выходах 1 и 2 ШИМ-контроллера изменяются в противофазе, поэтому при высоком уровне напряжения на выходе 1 на выходе 2 уровень напряжения близок к нулю (практически для мягкого пере­ключения всегда выполняется небольшая временная пауза, когда оба напряжения близки к нулю). Две сборки комплементарных транзисторов разного типа проводи­мости (T3, T4 и Т5, Т6) образуют мостовой каскад управления, получающий напряжение питания U_п от вспомогательного источника. При высоком уровне на­пряжения на выходе 1 и низком уровне на выходе 2 открыты управляющие транзи­сторы T4 и T5, в результате чего появится в положительной полярности напряже­ние на затворе MOSFET T2 и в отрицательной — на затворе T1. При изменении

Рис. 38 — Управление мостовым каскадом с фазовым сдвигом. Показано управление одной стойкой моста.

уровней сигналов на выходах ШИМ — контроллера 1 и 2 происходит смена полярно­стей напряжений на затворах МПТ T1 и T2. Резисторы R4...R7 в схеме ограничива­ют токи транзисторов сборок и подавляют колебательные процессы при переклю­чениях.