RU168275U1 - POWER KEY SHUTTER DRIVER - Google Patents
POWER KEY SHUTTER DRIVER Download PDFInfo
- Publication number
- RU168275U1 RU168275U1 RU2016112651U RU2016112651U RU168275U1 RU 168275 U1 RU168275 U1 RU 168275U1 RU 2016112651 U RU2016112651 U RU 2016112651U RU 2016112651 U RU2016112651 U RU 2016112651U RU 168275 U1 RU168275 U1 RU 168275U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power switch
- control circuit
- contact
- control
- gate
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к силовой преобразовательной технике, в частности к импульсным источникам питания. Устройство может быть использовано для управления силовым ключом в случаях, когда требуется гальваническая изоляция силового ключа от схемы управления либо при наличии между ними разности потенциалов, в частности для управления «верхними» ключами в мостовых и им подобных схемах.Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности работы ключа за счет исключения зависимости открывающего напряжения на затворе ключа от коэффициента заполнения импульсов.Устройство содержит управляющий трансформатор Т1, вспомогательный МОП-транзистор Q1, диод D2, резистор R1, двусторонний стабилитрон D1. Контакт Х1 подсоединяется к выходу схемы управления, обеспечивающему втекающий и вытекающий токи, достаточные для управления силовым ключом, контакт Х2 - к общему проводу схемы управления, контакт Х3 - к затвору силового ключа через резистор R1, контакт Х4 - к истоку силового ключа. Контакт Х5 подсоединяется к «плюсу» питания схемы управления. 1 ил.The utility model relates to power converting technology, in particular to switching power supplies. The device can be used to control a power switch in cases where galvanic isolation of the power switch from the control circuit is required or if there is a potential difference between them, in particular to control the “upper” keys in bridge and similar circuits. The technical result of the proposed solution is to increase reliability the operation of the key by eliminating the dependence of the opening voltage on the gate of the key on the duty cycle of the pulses. The device contains a control transformer T1, auxiliary Tel'nykh MOSFET Q1, a diode D2, a resistor R1, a two-way zener diode D1. Contact X1 is connected to the output of the control circuit providing sufficient currents and flows to control the power switch, contact X2 to the common wire of the control circuit, contact X3 to the gate of the power switch through resistor R1, contact X4 to the source of the power switch. Contact X5 is connected to the "plus" power supply of the control circuit. 1 ill.
Description
Полезная модель относится к силовой преобразовательной технике, в частности к импульсным источникам питания. Устройство может быть использовано для управления силовым ключом в случаях, когда требуется гальваническая изоляция силового ключа от схемы управления либо при наличии между ними разности потенциалов, в частности для управления «верхними» ключами в мостовых и им подобных схемах.The utility model relates to power converting technology, in particular to switching power supplies. The device can be used to control a power switch in cases where galvanic isolation of the power switch from the control circuit is required or if there is a potential difference between them, in particular for controlling the “upper” keys in bridge and similar circuits.
Прототипом данной полезной модели является широко известная схема, приводимая во многих зарубежных руководствах (в частности, в статье [1], ее русский перевод в книге [2] - см. Приложение 1).The prototype of this utility model is the well-known scheme cited in many foreign manuals (in particular, in the article [1], its Russian translation in the book [2] - see Appendix 1).
Схема содержит трансформатор Т1, первичная обмотка 1-2 которого соединена со схемой управления, а вторичная обмотка 3-4 соединена соответственно с затвором и истоком силового ключа. При этом контакт Х1 на входе первичной обмотки соединен с выходом схемы управления, обеспечивающим втекающий и вытекающий токи, достаточные для управления силовым ключом. Контакт Х2 первичной обмотки подключен к общему проводу схемы управления, контакт Х3 вторичной обмотки 3-4 - к затвору силового ключа, контакт Х4 вторичной обмотки 3-4 - к истоку силового ключа. Конденсатор С1 на входе первичной обмотки исключает протекание постоянной составляющей тока через обмотку, и тем самым предотвращает насыщение сердечника трансформатора. Резистор R1 на выходе вторичной обмотки определяет ток перезаряда входной емкости силового ключа, стабилитрон D1 защищает затвор силового ключа от выброса напряжения, возникающего из-за наличия паразитной индуктивности рассеяния трансформатора.The circuit includes a transformer T1, the primary winding of 1-2 of which is connected to the control circuit, and the secondary winding of 3-4 is connected respectively to the gate and source of the power switch. In this case, the contact X1 at the input of the primary winding is connected to the output of the control circuit, providing incoming and outgoing currents sufficient to control the power switch. Contact X2 of the primary winding is connected to the common wire of the control circuit, contact X3 of the secondary winding 3-4 to the gate of the power switch, contact X4 of the secondary winding 3-4 to the source of the power switch. The capacitor C1 at the input of the primary winding eliminates the flow of the DC component of the current through the winding, and thereby prevents saturation of the transformer core. The resistor R1 at the output of the secondary winding determines the overcharge current of the input capacitance of the power switch, the Zener diode D1 protects the gate of the power switch from the surge, due to the presence of stray inductance of the transformer.
Недостатки данной схемы хорошо известны и описаны, в частности, в статье [3], ее русский перевод [4]. Первый недостаток заключается в том, что открывающее напряжение на затворе ключа зависит от коэффициента заполнения импульсов. Так при равенстве витков в обмотках трансформатора и коэффициенте заполнения 10% напряжение на затворе будет составлять 90% от выходного напряжения схемы управления, а при коэффициенте заполнения 50% - только 50%, что может не хватить для открывания транзистора. Эта проблема решается увеличением коэффициента трансформации, но тогда возникают дополнительные трудности. Во-первых, такой трансформатор менее технологичен, во-вторых, выход схемы управления должен обеспечивать больший ток, в-третьих, потребуется обеспечить достаточно узкий диапазон напряжения питания схемы управления. Последнее необходимо, чтобы при любом сочетании напряжения питания и коэффициента заполнения обеспечить, с одной стороны, надежное открывание транзистора, и в то же время ограничить максимальное напряжение на затворе на безопасном уровне.The disadvantages of this scheme are well known and described, in particular, in the article [3], its Russian translation [4]. The first drawback is that the opening voltage at the gate of the key depends on the duty cycle of the pulses. So, if the turns in the transformer windings are equal and the fill factor is 10%, the gate voltage will be 90% of the output voltage of the control circuit, and if the fill factor is 50%, it will be only 50%, which may not be enough to open the transistor. This problem is solved by increasing the transformation ratio, but then additional difficulties arise. Firstly, such a transformer is less technologically advanced, secondly, the output of the control circuit should provide more current, and thirdly, it will be necessary to provide a fairly narrow range of the supply voltage of the control circuit. The latter is necessary so that for any combination of supply voltage and duty cycle, on the one hand, ensure reliable opening of the transistor, and at the same time limit the maximum voltage at the gate to a safe level.
Второй недостаток заключается в том, что разделительный конденсатор и индуктивность намагничивания обмотки образуют колебательный контур, из-за чего на импульсы управления затвором могут накладываться низкочастотные колебания, особенно в моменты резкого изменения коэффициента заполнения. Это, в свою очередь, может приводить к уменьшению открывающего напряжения на затворе ниже порога открывания транзистора. Для устранения этого эффекта необходимо правильно выбирать емкость и тщательно тестировать схему в переходных режимах.The second disadvantage is that the isolation capacitor and the magnetizing inductance of the winding form an oscillatory circuit, because of which low-frequency oscillations can be superimposed on the gate control pulses, especially at the moments of a sharp change in the duty cycle. This, in turn, can lead to a decrease in the gate opening voltage below the transistor opening threshold. To eliminate this effect, it is necessary to choose the right capacity and carefully test the circuit in transient conditions.
Таким образом, преодоление этих недостатков вызывает определенные издержки в виде удорожания схемы и увеличения времени на ее отладку.Thus, overcoming these shortcomings causes certain costs in the form of a rise in price of the circuit and an increase in the time for debugging it.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности работы ключа за счет исключения зависимости открывающего напряжения на затворе ключа от коэффициента заполнения импульсов.The technical result of the proposed solution is to increase the reliability of the switch by eliminating the dependence of the opening voltage on the switch of the switch on the duty cycle of the pulses.
Для достижения заявленного результата в драйвере затвора силового ключа, содержащем трансформатор, первичная обмотка которого соединена со схемой управления, а вторичная обмотка через последовательно включенный резистор подключена к затвору и истоку силового ключа, а также двусторонний стабилитрон, включенный между затвором и истоком силового ключа, изменена схема подключения первичной обмотки трансформатора к схеме управления. Для этого в схему введены МОП-транзистор, подключенный затвором и стоком к первичной обмотке трансформатора, а истоком к общему проводу схемы управления, и диод, подключенный анодом к стоку МОП-транзистора, а катодом - к плюсу питания схемы управления.To achieve the stated result, the power switch shutter driver containing a transformer, the primary winding of which is connected to the control circuit, and the secondary winding through a series-connected resistor is connected to the gate and the source of the power switch, as well as a two-sided zener diode connected between the gate and the source of the power switch connection diagram of the primary winding of the transformer to the control circuit. To do this, a MOS transistor is introduced into the circuit, connected by a gate and drain to the primary winding of the transformer, and a source to the common wire of the control circuit, and a diode connected by the anode to the drain of the MOS transistor, and by the cathode to the power plus of the control circuit.
Данное решение способствует формированию неизменных по амплитуде импульсов управления на затворе ключа при любом значении коэффициента заполнения импульсов в диапазоне 0-50%, причем независимо от скорости и направления изменения коэффициента заполнения импульсов, что исключает зависимость амплитуды управляющего импульса на затворе силового ключа от коэффициента заполнения импульсов в диапазоне от 0% до 50%, а также исключает возможность паразитных колебаний, обусловленных наличием разделительного конденсатора, что повышает надежность работы ключа.This solution contributes to the formation of amplitude-constant control pulses on the key gate at any value of the pulse duty ratio in the range 0-50%, and regardless of the speed and direction of change of the pulse duty factor, which eliminates the dependence of the amplitude of the control pulse on the gate of the power switch on the pulse duty factor in the range from 0% to 50%, and also eliminates the possibility of spurious oscillations due to the presence of an isolation capacitor, which increases reliability work key.
Предлагаемое устройство показано на фиг. 1. Устройство содержит управляющий трансформатор Т1, вспомогательный МОП-транзистор Q1, диод D2, резистор R1, двусторонний стабилитрон D1. Контакт Х1 подсоединяется к выходу схемы управления, обеспечивающему втекающий и вытекающий токи, достаточные для управления силовым ключом, контакт Х2 - к общему проводу схемы управления, контакт Х3 - к затвору силового ключа через резистор R1, контакт Х4 - к истоку силового ключа. Контакт Х5 подсоединяется к «плюсу» питания схемы управления.The proposed device is shown in FIG. 1. The device contains a control transformer T1, an auxiliary MOS transistor Q1, a diode D2, a resistor R1, a two-sided zener diode D1. Contact X1 is connected to the output of the control circuit providing sufficient currents and flows to control the power switch, contact X2 to the common wire of the control circuit, contact X3 to the gate of the power switch through resistor R1, contact X4 to the source of the power switch. Contact X5 is connected to the "plus" power supply of the control circuit.
Устройство работает следующим образом. Импульс положительного напряжения, сформированный на выходе схемы управления, открывает Q1, вследствие чего вывод 2 трансформатора Т1 коммутируется на общий провод схемы управления и к первичной обмотке 1-2 трансформатора Т1 прикладывается напряжение, близкое к выходному напряжению схемы управления. Это напряжение трансформируется во вторичную обмотку 3-4 и прикладывается к затвору силового ключа, обеспечивая его открывание. Резистор R1 определяет ток перезаряда входной емкости силового ключа, a D1 защищает затвор силового ключа от выброса напряжения, возникающего при коммутации из-за наличия паразитной индуктивности рассеяния трансформатора Т1. По окончании действия управляющего импульса напряжение на выходе схемы управления становится близким к нулю, и Q1 закрывается. Соответственно, напряжение на выводе 1 Т1 близко к нулю, а напряжение на выводе 2 Т1 может принимать значение от нуля до напряжения питания схемы управления, благодаря двум фиксирующим диодам: «верхнему» диоду D2 и «нижнему» диоду, в качестве которого используется внутренний паразитный диод Db транзистора Q1. На этапе выключения силового ключа ток разряда его входной емкости проходит через резистор R1 и обмотку 3-4 от вывода 3 к выводу 4 Т1, трансформируется в обмотку 1-2 от вывода 2 к выводу 1, и замыкается через паразитный диод Db на общий провод, при этом напряжение на обмотках Т1 близко к нулю. На этом этапе величина тока перезаряда входной емкости ключа определяется только сопротивлением R1, при допущении идеальности элементов схемы. По окончании этапа перезаряда входной емкости силового ключа ток намагничивания трансформатора замыкается через диод D2 на «плюс» питания схемы управления, и на обмотке 1-2 возникает обратное напряжение, близкое к напряжению питания схемы управления, которое является восстанавливающим для трансформатора. По окончании восстановления трансформатора токи и напряжения на его обмотках уменьшаются до нуля. При коэффициенте заполнения от 0% до 50% автоматически обеспечивается равенство вольт-секундных площадей на обмотках Т1 в прямом и обратном направлениях, что исключает насыщение сердечника трансформатора.The device operates as follows. A positive voltage pulse generated at the output of the control circuit opens Q1, as a result of which
Таким образом, достигается заявленный технический результат. Кроме того, благодаря достигнутому техническому результату, предлагаемая полезная модель имеет следующие преимущества по отношению к прототипу:Thus, the claimed technical result is achieved. In addition, due to the achieved technical result, the proposed utility model has the following advantages with respect to the prototype:
1) используется трансформатор с равным числом витков в обмотках, что минимизирует индуктивность рассеяния трансформатора и снижает себестоимость намотки;1) a transformer with an equal number of turns in the windings is used, which minimizes the leakage inductance of the transformer and reduces the cost of winding;
2) напряжение питания схемы управления может иметь более широкий рабочий диапазон, что упрощает разработку схемы;2) the supply voltage of the control circuit can have a wider operating range, which simplifies the development of the circuit;
3) не требуется дополнительный запас по нагрузочной способности выхода схемы управления, что в ряде случаев удешевляет схему;3) no additional margin is required for the load capacity of the output of the control circuit, which in some cases reduces the cost of the circuit;
4) отсутствуют возможные проблемы при работе в переходных режимах, что упрощает разработку и повышает надежность работы схемы.4) there are no possible problems when working in transient conditions, which simplifies the development and increases the reliability of the circuit.
Литература:Literature:
[1] "UC3842/3/4/5 Provides Low-Cost Current-Mode Control" 1999, Texas Instruments Incorporated, стр. 8;[1] "UC3842 / 3/4/5 Provides Low-Cost Current-Mode Control" 1999, Texas Instruments Incorporated, p. 8;
[2] "Микросхемы для импульсных источников питания и их применение" Москва, Издательский дом «Додэка-XXI», 2001, стр. 110;[2] "Microcircuits for switching power supplies and their application" Moscow, Dodeka-XXI Publishing House, 2001, p. 110;
[3] "Gate Drive Design Tips" 2006, Dr. Ray Ridley, Ridley Engineering;[3] "Gate Drive Design Tips" 2006, Dr. Ray Ridley, Ridley Engineering;
[4] "Советы по управлению затвором мощного полевого транзистора" КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 8 2008.[4] "Power Transistor Gate Control Tips" COMPONENTS AND TECHNOLOGIES • No. 8 2008.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112651U RU168275U1 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | POWER KEY SHUTTER DRIVER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016112651U RU168275U1 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | POWER KEY SHUTTER DRIVER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU168275U1 true RU168275U1 (en) | 2017-01-25 |
Family
ID=58451254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016112651U RU168275U1 (en) | 2016-04-04 | 2016-04-04 | POWER KEY SHUTTER DRIVER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU168275U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109901689A (en) * | 2019-01-29 | 2019-06-18 | 珠海市杰理科技股份有限公司 | Hardware switch circuit |
RU2809191C1 (en) * | 2023-08-17 | 2023-12-07 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Power transistor control device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5952849A (en) * | 1997-02-21 | 1999-09-14 | Analog Devices, Inc. | Logic isolator with high transient immunity |
RU2290737C1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-27 | Евгений Эдуардович Горохов-Мирошников | Method for controlling semiconductor switch |
RU94084U1 (en) * | 2009-12-18 | 2010-05-10 | Закрытое акционерное общество научно-производственное Предприятие ЗАО НПП "ЭПРО" | DRIVER FOR IGBT TRANSISTOR |
RU155432U1 (en) * | 2014-12-25 | 2015-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР "ЭНЕРКОМ-СЕРВИС" | HIGH VOLTAGE TRANSISTOR KEY |
-
2016
- 2016-04-04 RU RU2016112651U patent/RU168275U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5952849A (en) * | 1997-02-21 | 1999-09-14 | Analog Devices, Inc. | Logic isolator with high transient immunity |
RU2290737C1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-12-27 | Евгений Эдуардович Горохов-Мирошников | Method for controlling semiconductor switch |
RU94084U1 (en) * | 2009-12-18 | 2010-05-10 | Закрытое акционерное общество научно-производственное Предприятие ЗАО НПП "ЭПРО" | DRIVER FOR IGBT TRANSISTOR |
RU155432U1 (en) * | 2014-12-25 | 2015-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР "ЭНЕРКОМ-СЕРВИС" | HIGH VOLTAGE TRANSISTOR KEY |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109901689A (en) * | 2019-01-29 | 2019-06-18 | 珠海市杰理科技股份有限公司 | Hardware switch circuit |
CN109901689B (en) * | 2019-01-29 | 2021-10-12 | 珠海市杰理科技股份有限公司 | Hardware switch circuit |
RU2809191C1 (en) * | 2023-08-17 | 2023-12-07 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Power transistor control device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7898114B2 (en) | Protective circuit device for a solar module | |
US5590032A (en) | Self-synchronized drive circuit for a synchronous rectifier in a clamped-mode power converter | |
US7471121B2 (en) | Transistor drive circuit of power converter operating in a wide voltage range | |
US4870554A (en) | Active snubber forward converter | |
US4652809A (en) | Switched regulator circuit having an extended duty cycle range | |
JP2008211703A (en) | Semiconductor circuit | |
US20200251992A1 (en) | Flyback power-converting device with zero-voltage switching and method for flyback converting power with zero-voltage switching | |
GB1123183A (en) | Electric power control circuits | |
US10008948B1 (en) | Active clamp circuit for switched mode power supplies | |
JP2017099261A (en) | AC / DC converter, drive circuit | |
MX2011007243A (en) | Gate drive controller circuit with anti-saturation circuit and power up circuit therefor. | |
RU168275U1 (en) | POWER KEY SHUTTER DRIVER | |
US7977920B2 (en) | Voltage-converter circuit and method for clocked supply of energy to an energy storage | |
RU2420858C2 (en) | Switching circuit and method to control power consumer | |
US20110122657A1 (en) | Switch with common-mode choke | |
JP2012004786A (en) | Level shift circuit and switching power supply device | |
US10103634B2 (en) | Power converter device based on normally-on type switching devices | |
MX2008002120A (en) | Converter with unipolar or bipolar cutting with two magnetically coupled windings. | |
CN216873088U (en) | Full-bridge rectifier chip and power converter | |
US10103633B1 (en) | Switching converter with power level selection | |
TWI629866B (en) | System and method for power converter with self-regulating power supply | |
US11843320B2 (en) | Method of operating isolated resonant converter with synchronous rectifier | |
RU2635364C2 (en) | Push-pull dc/dc converter | |
CN108809069A (en) | A kind of monocycle peak current limit circuit | |
US20120163053A1 (en) | Circuit for controlling a switch in series with a capacitive element |