RU1780175C

RU1780175C - Устройство управлени транзисторным ключом

Info

Publication number: RU1780175C
Application number: SU904851812D
Authority: RU
Inventors: Константин Дмитриевич Полозов; Василий Александрович ЕЖОВ
Original assignee: Научно-исследовательский институт автоматики и приборостроения
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1992-12-07
Also published as: RU1780176C; RU1780174C

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 10, два резистора 6 и 13, четыре диода 7, 12.16 и 17. трансформатор 3 тока с обмотками 2. 4, 5 и 11, конденсатор 14. дроссель 15, блок 9 управлени . 2 з.п. ф-лы, 3 ил.VI00оы1СЛ!>&

Description

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

Известно 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, а база соединена через диод шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управлени которой подключен к первому силовому выводу транзистора угтравлени , второй силовой вывод Koic;poro 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 в 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 выходной транзистор, коллектор которого со-единен через первичную об м о т к у трансформатора тока с г ериым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а база соединена чепез диод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управлени когорой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управлени , второй силовой вывод которого подключен к первому входному выводу, а управл ющЛй вход к выходу блока управлени , второй т|5знзистор управлени , резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управлени трансформатора тока.

Недостатком известного устройства вл етс низка эксплуатационна надежность транзисторного ключа вследг.твие выделени болыиой импульсной мо1цности на коллекторном переходе при включении

аыходного 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 намагничивани обмотки управлени , который не может быть - сделан достаточно больш им, так как ограни0 чен индуктивностью этой обмотки.

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

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

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

5 входному выводу, управл ющий вход - к первому выходу блока управлени , второй транзистор управлени , первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управлени

0 трансформатора тока, соединенным через первый диод с первым входным выводом, ВТО рой диод.

Недостатки прототипа заключаютс в низкой эсплуатационной надежности транзисторного ключа вследствие выделени значительной импульсной мощности на коллекторном переходе в момент включени выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного транзистора

0 происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управлени трансформатора тока в период закрытого состо ни выходного транзистора. Величина этой энергии про шрциональна току намагничивани обмот5 ки управлени , который не может быть сделан достаточно большим, так как ограничен большой индуктивностью этой обмотки. Цель изобретени - повышение эксплуатационной надежности транзисторного

0 ключа путем снижени величины импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство управлени транзисторным

5 ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а базо-эмиттерный переход присоединен к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод первой

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, второй резистор и- конденсатор, содержит также третий и четвертый диоды, а также дроссель , включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управлени , при этом первый диод включен между вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управлени трансформатора тока, объединенным с первым выводом второй обмотки управлени , второй вывод которой соединен через второй диод с точкой соединени второго резистора , и конденсатора, включенных последовательно соответственно между вторым и первым входными выводами, кроме того, четвертый диод включен между вторым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управлени , второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а вход управлени - к второму выходу блока управлени .

Причем 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 схема электричеека 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 с первым выходным выводом через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока, вторична обмотка 4 которого присоединена к базо-эмиттерному переходу выходного транзистора 1, перва обмотка 5 управлени трансформатора 3 тока включена между первым резистором 6, шунтированным первым диодом 7, и первым силовым выводом первого транзистора 8 управлени , блок 9 управлени , второй транзистор 10 управлени , втора обмотка управлени 11 трансформатора тока 3 соединена через второй диод 12 с последовательной цепью из второго резистора 13 и конденсатора 14. При этом к силовым выводам первого 8 и второго 10 транзисторов управлени подключены дроссель 15, третий диод 16 и четвертый диод 17.

Кроме того, блок управлени может быть выполнен на управл ющем элементе (например, микросхеме 1114ЕУЗ 1114ЕУ4), выходные выводы которого соединены с выходами блока управлени через резисторы 18, 19 и конденсатор 20. Одновременно выходной транзистор 1 может быть включен по схеме с общей базой.

Устройство работает следующим образом .

Блок 9 управлени вырабатывает, например , последовательность пр моугольных импульсов (22, 23 фиг. 3), которые поступают на управл ющие входы транзисторов 8 и 10 управлени . Пусть в некоторый момент времени открыт транзистор 8 и ззкрыт транзистор 10. При этом по обмотке 7 управлени протекаетток, величина которого ограничена резистором 11, и сердечник трансформатора 3 тока перемагничиваетс после предыдущего такта работы. На коллекторе транзистора 8 - низкое напр жение (24 фиг. 3), а выходной транзистор 1 заперт, так как на его управл ющем входе 1 - 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 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 фиг. 3) до тех пор, пока не закончитс период рассасывани неосновных носителей 6 базовой области транзистора 8 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 диод 4 поступает в базовую область выходного транзистора 1 и он отпираетс . После того, как дроссель 15 полностью отдаст накопленную энергию,диод 14 запираетс и отдел 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 о базе транзистора 1 (28 фиг. 3) будет пропорционален току в его коллекторе (29 фиг. 3).

После изменени напр жени на выходах блока 9 управлени отпираетс транзистор 8 и шунтирует управл ющую обмотку 7 трансформатора 3 тока по контуру: обмотка 7 - диод 12 - транзистор 8 - обмотка 7. При этом,так как в момент 4 запирание транзистора 10 задерживаетс относительно времени 3 отпирани транзистора 8, в дросселе 15 оп ть накапливаетс энерги , котора после запирани транзистора 10 рассеиваетс на транзисторе 8 и диодах 14 и 16. Одновременно происходит форсированное запирание выходного транзистора 1 напр жением на конденсаторе 5, так как напр жение на обмотке 6 практически равно )уп,ю вследствие того, что обмотка 7 закорочена, а коэффициент трансформации обмотками 7 и 6 больше единицы.

Таким образом введение дросселл 15 в цепь транзисторов 8 и 10 управлени гюзоолило создать короткий импульс тока форсированного отпира |и выходного транзистора, что уменьшает врем включени выходного транзистора. сни)(ает величину импульсной мощности на коллекторе выходного транзистора и повышает эксплуатационную надежность транзисторного ключа.

На фиг. 2 приведен пример выполнени устройства управлени с применением интегральной микросхемы 1114ЕУЗ н цеп ми согласовани , в которые вход т резисторы 17 и 18 и разделительный конденсатор 19.

Claims

Формула изобретени 1. Устройство управлени транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор , коллектор которого соединен через

первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а базо-эмиттерный переход присоединен к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод первой 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 втopы i выводом первой обмотки управлени трансформатора тока, втора обмотка управлени , первый и второй диоды , второй резистор и конденсатор, отличающеес тем, что, с целью повышени надежности в работе путем снижени величины импульсной мощности на коллекторном переходе выходного транзистора,

введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управлени , первый диод включен между

вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управлени трансформатора тока, обьединенным с первым BbiBOAOM второй обмотки управлени , второй вывод которой соединен через второй

диод с точкой соединени второго резистора и конденсатора, включенных последовательно между первым и вторым входными выводами, четвертый диод включен между первым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управлени , второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а вход управлени - к второму выходу блока управлени .
2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес тем, что блок управлени содержит управл ющий элемент, первый выходной вывод которого соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управлени , соединенным через третий резистор с вторым Е1ХОДНЫМ выводом, а второй выходной вывод управл ющего элемента соединен через второй резистор с вторым выходом блока управлени .
3. Устройство по п. 1,отличаю щ е ес тем, что выходной транзистор включен по схеме с общей базой, котора соединено с вторым выходным выводом.

//MfiJ

В

20