RU1780174C - Устройство управлени транзисторным ключом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники, автоматики, вычислительной техники. Сущность изобретени : устройство содержит три транзистора 1,8 и 12, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6, 7 и 16, п ть диодов 4, ТО, 13, 15 и 17, резистор 9, конденсатор 5, дроссель 14, блок 11 управлени . 2 з.п. ф-лы. 3 ил.М00о^514Ь^^<у^/

Description

Изобретение относитс  к электротехн -. ке и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники,автоматики, вычислительной техники.

Известно устройство упранлени  транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, змилер подключен к второму выходному выводу, а база соединена черездиод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управлени  которой подключен к первому силовому выводу транзистора управлени , второй силовой вывод которого подсоединен к первому входному выводу, а управл ющий вход к выходу блока управлени .

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  эксплуатационна  надежность транзисторного ключа вследствие выделени  большей импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной о обмотке управлени  трансформатора тока в период закрытого состо ни  выходного транзистора. Величина указанной энергии пропорциональна току, протекающему через токоограничивающий резистор в цепи обмотки управлени , который равен току намагничивани  трансформатора тока и не может быть выбран достаточно большим.

Известно также устройство управлени  транзисторным ключом, содержащее пыходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму ЕЫходному выводу, а база соединена через диод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управлени  которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управлени , второй силовой вывод которого подключен к первому входному выводу, а упрЭЕзл ющий вход к выхрду блока управлени , второй гран awстор управлени , резистор, включенный между вторым входным выводом и пторым выводом обмотки управлени  трансформатора тока.

Недостатком известного устройства 51зл етс  низка  зксплуатационна  надежность транзисторного ключа вследствие выделение большой импульсной мощности на коллекторном переходе при включении

выходного транзистора. Это обусловлено том. что включение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управлени  трансформатора тока в

период закрытого состо ни  выходного транзистора. Величина этой энергии пропорциональна току намагничивани  обмотки управлени , который не может быть сделан достаточно большим, так как ограничен индуктивностью этой обмотки.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство управлени  транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен

через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, базо-эмиттерный переход соединен через диод , шунтированный конденсатором, с

вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управлени  которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управлени , второй силовой вывод которого присоединен к первому

сходному выводу и управл ющий вход - к первому выходу блока управлени , второй транзистор управлени , первый резистор, включен){ый между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управлени 

трансформатора тока, соединенным через первый диод с первым входным выводом, пторой диод.

Недостатки прототипа заключаютс  в 1 изкой эксплуатационной надежности

транзисторного ключа вследствие выделени  значительной импульсной мощности на коллекторном переходе в момент включени  выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного

транзистора происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управлени  трансформатора тока в период закрытого состо ни  выходного транзистора. Величина этой энергии пропорциональна току намагничивами  обмотки управлени , который не может Оыгь сделан достаточно большим, так как ограничен большой индуктивностью эгой обмотки.

Цель изобретени  - повышение эксплуатацион 10й надежности транзисторного ключа путем снижени  величины импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что

в устройство управлени  транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а базо-эмиттерный переход присоединен через диод, шунтированный конденсатором, к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод обмотки управлени  которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управлени , второй силовой вывод которого присоединен к первому входному выводу, а вход управлени  - к первому выходу блока управлени , второй транзистор управлени , первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управлени  трансформатора тока, вторую обмотку управлени , первый и второй диоды, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель , включенный последовательно с третьим диодом между первыми с-иловыми выводами первого и второго транзисторов управлени , при этом первый диод включен параллельно первому резистору, второй диод включен между первым входным выводом и первым выводом второй обмотки управлени  трансформатора тока, второй вывод которой подключен к второму выводу первой обмотки управлени , а четвертый диод включен между первым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управлени , управл ющий вход которого подключен к второму выходу блока управлени , а второй силовой вывод - к второму входному выводу.

Кроме того, при применении в блоке управлени  управл ющего элемента в виде микросхемы с двум  выходными транзисторами , переключающимис  синхронно синфазно , первый выходной вывод элемента управлени  соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управлени , соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод управл ющего элемента соединен через второй резистор с вторым выходом блока управлени .

Одновременно выходной транзистор может быть включен по схеме с общей базой , то есть св зь эмиттера с вторым выходным выводом осуществлена через вторичную обмотку трансформатора тока.

На фиг, 1 приведена электрическа  схема устройства управлени  транзисторным ключом; на фиг. 2 - пример выполнени  блока управлени ; на фиг. 3 - диаграмма токов и напр жений на элементах устройства .

Устройство управлени  транзисторным ключом содержит выходной транзистор 1, коллектор которого соединен через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока с первым выходным выводом. Базо-эмиттерный переход выходного транзистора 1 соединен через диод 4, шунтированный конденсатором 5, с вторичной обмоткой 6 тр исформзтора 3 тока, перва  обмотка 7 управлени  которого включена последовательно с первым транзистором 8 управлени  и первым 5 резистором 9, шунтированным первым диодом 10, между входными выводами, подключенными к входу питани  блока 11 управлени , первый и второй выходные выводы которого подключены к входам управ0 лени  соответственно первого 8 и второго 12 транзисторов управлени , первые силовые выводы которых соединены через последовательно соединенные третий диод 13 и дроссель 14. Второй диод 15 включен последовательно с второй обмоткой 16 управлени  трансформатора 3 тока между первым входным выводом и точкой соединени  первой обмотки 7 управлени  и первого резистора 9, а четвертый диод 17 включен

0 между первым входным еыводом и первым силовым выводом второго транзистора 12.

Кроме того, блок управлени  может быть выполнен на управл ющем элементе (например микросхема 1114ЕУЗ или

5 1114ЕУ4), выходные выводы которого соединены выходами блока управлени  через резисторы 18 и 19 и конденсатор 20. Одновременно ВЫХО.ЦНОЙ транзистор 1 может быть включен по схеме с общей базой.

0Устройство работает следующим образом ,

Елок 9 управлени  вырабатывает, например , последовательность пр моугольных импульсов (22, 23 фиг. 3), которые

5 поступают на управл ющие входы транзисторов 8 и 10 управлени . Пусть в некоторый момент времени открыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10. При этом по обмотке управлени  7 протекает ток, величина которого ограничена резистором 11. и сердечник трансформатора 3 тока перемагничиваетс  после предыдущего такта работы. На коллекторе транзистора В низкое напр жение (24 фиг. 3), а выходной

5 транзистор 1 заперт, так как на его управл ющем входе - запирающее напр жение с обмотки 6 трансформатора 3 тока (25 фиг. 3). В момент времени 1 с выходов блока 9 управлени  приход т импульсы, запирающие

0 транзистор 8 и отпирающие транзистор 10. Вследствие инерционности процесса выключени  транзисторов напр жение на коллекторе транзистора 10 увеличиваетс  практически без задержки (26 фиг, 3), а напр жение на коллекторе транзистора 8 (24 фиг. 3) сохран етс  низким на врем  выключени  транзистора 8. Следовательно, в этот момент к дросселю 15 приложено входное напр жение, без учета падени  напр жени  на транзисторах 8 и 10 и диоде 14. В дросселе 15 начинает нарастать ток (27 . 3) до тех пор. пока не закончитс  период рассась ваик  неосновн ых мосмтелей 6 базозой области транзистора 3 и этот транзистор не запретс . При запирании транзистора 8 в момент 2 энерги , накопленна  в дросселе 15, через трансформатор 3 тока передаетс  в базовую область транзистора 1 и происходит его форсированное отпирание.Это объ сн етс  тем, что ток, проход щий через дроссель 15, после запирани.  транзистора 8, начинает циркулировать по контуру: дроссель 15 - управл юща  обмотка 7 - диод 13 - транзистор 10 - диод 14 -- дроссель 15. Этот ток трансформируетс  в базовую обмотку 6 трансформатора 3 тока и через ДуЮД 4 поступает в базовую область выходного транзистора 1, он отпираетс . После того, как дроссель 15 полностью отдаст fiaKonленну1о энергию, диод 14 запираетс  и отд ел   ет обмотку 7 управлени  от транзистора 10. а напр жение на обмотке 7 будет определ тьс  процессами, протекающими в первичной 2 и базовой 6 обмотках трансформатора 3 тока, при этом ток в базе транзистора 1 28 фиг, 3) будет пропорционален току о его коллекторе (29 фиг, 3).

После изменени  напр жени  на выходах блока 9 управлени  отпираетс  тракзистор 8 и шунтирует управл ющую обмотку 7 трансформатора 3 тока по контуру; обмотка 7 - диод 12 - транзистор 8 - обмот;са 7. ripti этом, так как в мг.мент 4 запиран:ие трагзи-стора 10 задерживаетс  относительно времени 3 отпирании тран;5истора 8, в дросселе 15 оп ть на1(апливаатс  энер1и , котора  после запирани  транзистора 10 рассеиваетс  на транзчсто|ое 8 i-i д;;одах 14 и 16. О дно временно происходит (ро пси ро ванное запирг - ие выходного транзистора 1 мапрп ке1-1ие ; ia конде:-;сагоре5. так ;;.ак н пр ;кеliSie на обмотке 6 практически равно м/лю псле/1,ствие того, что обмотка 7 закорочена, а козсЬфициент трансформации между оОмоткаки 7 и 6 больше единицы.

Таким образом введение дроссел  5 в цеп транзисторов управлени  8 и 10 позволило создать к(5роткий иглпу.гц.с тока (рорсиро ванн, о го отпирани  пыход|-к)го транзистора, что умены1 ает врем  включен .н  выходного транзистора, вг:пичину импульсной моидности на ко/ьчекторе вь;ходного транзистора и повышает эксллуатацио11ную надежность тр.шз стогм-шго ключа.

На ф,t. 2 приведен пример выполнени  устройства управлени  с прим1знен:,-;е.м интегральной микросхег.-1ы 1114Г:УЗ и цеп ми

Claims (3)

1.Устройство управлени  тран.зисторным ключом, содерх(а1цее выходной транзистор , коллектор которого через первичную обмотку трансформатора тока соединен с первым выходным выводом,эмиттер соедине1 с первым ,дом вторичной обмотки трансформатора, а база через первый диод, lijyi-iTHpoванный первым конденсатором, соединена с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, первый вывод первой обмотки управлени  которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управлени , второй силовой вывод которого соединен с первым входным выводом, а вход управлени  -с первым выходом блока управлени ,второй транзистор управлени , первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управлени  трансформатора тока, Еп-ора  обмотка управлени , первый и второй диоды, отличаюш , е е с   тем, что, с целью повышени  надежности G работе путем снижени  величины импульсной мощности на коллекторном переходе выходного транзистора, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель , включенный последовательно с третьм м д и о д о м м G л д у п е р в ы м и с и л о в ы м и выводами iiepBoro и второго транзисторов упоаг..лен;1 , первый диод включен параллельно первому резистору, второй диод между первым вход|- ым выводом.и пероь:м выводом второй обмотки управлег;и  трансформатора тока, второй вывод которого подключен к второму выводу первой обмотки управлени , а четвертый диод включен между первым входным выводом и периым силовым выводом второго транзистора управлени , управл юицлй вход которого подключен к второму зыходу блока управлени , а второй силовой вывод - к второму входному выводу.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес   -гем, что блок управ;1ени  содер.мсит управл ющиГ элемент, первый выходной выоод которого через второй конденсатор соединен с первым выходом блока управлени , соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод через второй резистор - с вторым выходом блока управле т .

3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес   тем, что выходной транзистор включен по схеме с общей базой, при этом точка соединени  первого диода и первого конденсатора по,дключена к второму выходно .му выво,ду.

//Mfij

V