RU1780176C - Устройство управлени транзисторным ключом - Google Patents

Abstract

Использование: 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, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6 и 7, п ть диодов 4, 11, 12, 14 и 16, резистор 11. конденсатор 5, дроссель 15, блок 9 управлени . 1 з. п. ф-лы, 3 ил.слсS оМ \о

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 входным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а базе соединена через диод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управлени  которой подключен к первому силовому выводу транзистора управлени , второй силовой вывод когорого подсоединен к первому входному выноду, а управл ющий вход к выходу блока уг1равлени .

Недостатком известного устройства ЯF л 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, протекающем/ через токоограничивающий резистор п 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 соединен через первич1,у:-о обмотку трансформатора тока с первым ьыходным выводом, эмиттер подключен к второгчу Е;Ыходному выводу, а база соединена через диод, щунтнрованный конденсаторсм, с вторичной обмоткой трансформатора ток, первый вывод обмотки управлени  которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управлени , второй силовой вывод которого подключен к перэому входному выводу, а управл ющий вход к блока управлени , второй трйнзистор управлени , резистор, включенный между вторым входным выводом и вторь м выводом обмотки управлени  трансформатора тока.

Недостатком известного устройства  вл етс  низка  эксплуатационна  нздежность транзисторного ключа вследствие выделени  большой импульсной мощности на коллекторном переходе при включении

выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного транзистора происходит 33 счет энергии, накопленной в обмотке упра 5лени  трансформатора тока в

период закрытого состо ни  выходного транзистора. Величина этой энергии проЛорциональнз току намагничивани  обмотки управлени , который не может быть сделан достаточно большим, так какограничен индуктивностью этой обмотки. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство управлени  транзисторным ключом, содержащий выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму в 1лод11ому выводу, базо-эмиттер1-1ЫЙ 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

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

трансформатора тока, соединен11ым через первый диод с первым входным выводом, второй диод.

Недостатки прототипа заключаютс  в низкой эксг1;1уатацмонной надежности

транзисторного ключу вследствие выделе 1иг , зиачительмой импульсной мош ности на коллекторном переходе в момент включени  выходного трэ 1зистора. Это обусловлено тем, что включение выходного

т|)анзистора происходит за счет энергии, накопленной о обмотке управлени  трансформатора тока в период закрытого состо ни  выходного транзистора. Величина этой энергии пропорциональна току намагничиванил обмотки управлени , который не может быть сделан, достаточно большим, так как ограничен большой индуктивностью этой обмотки.

Цель изобретени  - повышение эксп,луатационной надежности транзисторного 1СЛ10ЧЗ путем снижени  величины импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора, Поставлонна  цель достигаетс  тем, что

устройство управлени  транзисторным KfiiG40F/r, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичну .о обметку трансформатора тока с первым выходн ым выводом, эмиттер подключен к атерому выходному выводу, а база соединена через диод, шунтированный конденсатором , с базовой 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 управл ющий вход к первому выходу блока управлени , второй транзистор управлени , первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управлени  трансформатора тока, соединенным с первым входным выводом через первый диод, второй диод дополнительно содержит третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управлени , второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а управл ющий вход - к второму выходу блока управлени , при этом второй диод подключен параллельно первому резистору, а четвертый диод включен между первым силовым выводом и первым силовым выводом второго транзистора управлени . 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 управл Ющим входом первого транзистора управлени , соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод управл ющего элемента соединен через второй резистор с управл ющим входом второго транзистора управлени .

На фиг. 1 приведена электрическа  схема устройства управлени  транзисторным ключом; на фиг. 2 - пример выполнени  блока управлени ; на фиг. 3 - диаграммы 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, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а база соединена через диод 4, шунтированный конденсатором 5, с базовой обмоткой б трансформатора 3 тока, первый вывод обмотки 7 управлени  которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора 8 управлени , управл ющий вход которого подключен к первому выходу блока 9 управлени , второй транзистор 10 управлени , первый резистор 11, включенный между вторым входным выводом и BTOpbiM выводом обмотки 7 управлени , соединенной через первый диод 12, второй диод 13, а также третийдиод 14,дроссель 15, четвертый диод

5 16.

Кроме того, при применении в качестве блока управлени  микросхемы с двум  синфазно синхронно переключающимис  выходными транзисторами (например,

0 1114ЕУЗ) устройство управлени  транзисторным ключом может дополнительно содержать второй 17 и третий 18 резисторы и разделительный конденсатор 19.

Устройство работает следующим обра5 зом.

Блок 9 управлени  вырабатывает, например , последовательность пр моугольных импульсов (22 и 23 фиг. 3), которые поступают на управл ющие входы транзи0 сторовЗи 10 управлени . Пусть в некоторый момент времени to открыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10. При этом по обмотке

7управлени  протекает ток, величина которого ограничена резистором 11, и сердечник трансформатора тока 3 перемагничиваетс  после предыдущего такта работы. На коллекторе транзистора 8 низкое напр мчбние (24 фиг. 3), а выходной транзистор 1 заперт, так как на его управл ющем входе - запирающее напр жение с обмотки б транс орматора 3 тока (25 фиг. 3).

8момент времени ti с выходов блока 9 управлени  приход т импульсы, запирающие транзистор 8 и отпирающие транзистор

5 10. Вследствие инерционности процесса выключени  транзисторов напр жени  на коллекторе транзистора 10 увеличиваетс  практически без задержки (26 фиг. 3), а напр жение на коллекторе транзистора 8 (24

0 фиг. 3) сохран етс  низким на врем  выключени  транзистора8. 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

0 момент 12 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

5 дроссель 15, после запирани  транзистора 8, начинает циркулировать по контуру: дрос: сель 15 - управл юща  обмотка 7 - диод 13 - транзистор 10 - диод 14 - дроссель 15. Этот ток трансформируетс  в базовую обмотку 6 трансформатора 3 тока, 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 тока 3, при этом ток в 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 тока 3 по контуру: обмотка 7 - диод 12 - транзистор 8 - обмотка 7. При этом, так как в момент t4 запирание транзистора 10 задерживаетс  относительно времени отпирани  t3 транзистора 8, D 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 б практически равно нулю вследствие того, что обмотка 7 закорочена, а коэффициент трансформации между обмотками 7 и б больше единицы.

Таким образом введение дроссел  15 в цепьтранзисторов управлени  8 и 10 позволило создать короткий импульс тока форсированного отпирани  выходного транзистора, что уменьшает врем  включени  выходного транзистора, снижает 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 и цеп ми согласовани , в которые вход т резисторы 17 и 18 и разделительный конденсатор 19.

Claims (2)

1.Устройство управлени  транзистор ным ключом, содержащее выходной транзи стор, коллектор которого через первичную

сбмотку трансформатора тока соединен с: первым выходным выводом, эмиттер соеди нен с вторым входным выводом, а базоэмиттерный переход через первый диод. шунтированный первым конденсатором, со

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

подключен к первому входному выводу, а управл ющий вход к первому выходу блока управлени , второй транзистор управлени , первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управлени  тpat cфopмaтopa тока, соединенным с первым входным выводом через первый диод, второй диод, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности в работе путем снижени  велич лны 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 , второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а управл ющий вход- к второму выходу блока упрагзлени5. при этом второй диод гюдключен параллельно первому резистору, а четвертый диод включен между первым силопым выводом второго транзистора управлени  и первым входным выводом.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е 8с   тем, что блок управлени  содержит управл ющий элемент, первый выходной вывод которого соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управлени , соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй гзь ходной вывод управл ющего элемента соединен через второй резистор с вторым пьгходом блока управлени .

lfyз

Фиг. 2

Hh-

Ж I t

|t.|f,Uj , I 1