SU1443162A1 - Транзисторный ключ - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области импульсной техники и может быть использовано в преобразовател х посто нного напр жени , где требуютс  высокие быстродействие и КПД. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей. Транзисторный ключ содержит трансформатор 1, силовой транзистор 5, дроссель-6 насьщени . включенный своей -первичной обмоткой последовательно с диодом 3 нелинейной обратной св зи между базовой и коллекторной цеп ми силового тран- зистора 5, диод 4, резистор 11 нагрузки и управл емое сопротивление, состо щее из полевого транзистора 8, в цепи затвора которого включен LC- фильтр на конденсаторе 9 и дросселе 10, и включенное между одним из выводов вторичной обмотки дроссел  6 и эмиттером силового транзистора 5, Автоматическое регулирование времени намагничивани  сердечника дроссел  6 осуществл етс  путем изменени  сопротивлени  сток-исток полевого транзистора 8 и таким образом скорости изменени  тока, протекающего во вторичной обмотке дроссел  6. 1 ил. $ (Л

Description

Изобретение относитс  к и myльc- ной технике, в частности к бесконтактным коммутирующим устройствам, и может быть использовано в преобразовател х посто нного напр жени , где требуетс  высокое быстродействие коммутаторов и высокий КПД,

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей за счет управлени  временем насыщени  в зависимости от частоты и длительности управл ющего сигнала,

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема транзисторного ключа.

Транзисторный клточ содержит согласующий tpaнcфopмaтop 1, ограничитель15 {+BS), где BS - индукци  насыщени  материала сердечника дроссел  6 насыщени , через сопротивление сток-исток RCJ, открытого небольшим отрицательным смещением на затворе полевоный резистор 2, диод 3 нелинейной

обратной св зи, диод 4, силовой тран-20 го транзистора 8, зистор 5, дроссель 6 насьш|ени , уп- Напр жение U j,  вл етс  выходным равл емое сопротивление 7, выполненное на полевом транзисторе 8, и LC- фнльтр на конденсаторе 9 и.дросселе 10, резистор 11 нагрузки, шины источника 12 управл ющих импульсов и источника 13 питани , причем первична  обмотка согласующего трансформатора подключена к источнику 12 уп30

25

равл ющих импульсов. Один из концов вторичной обмотки подключен к вторым концам первичной и вторичной обмоток 14 и 15 дроссел  насьщени  6 и через базовый.диод 4 к базе силового

напр жением сглаживающего фильтра, образованного конденсатором 9 и дросселем 10, и предназначенным дл  выделени  посто нной составл ющей напр жени , падающего на ограничительном резисторе 2 и имеющего вид однопол р- ных пр моугольных импульсов за счет протекани  базового тока Т силового транзистора 5,

В момент времени t , сердечник дроссел  6 насып1ени  насыщаетс , индуктивное сопротивление первичной обмотки 14 падает, диод 3 нелинейто нии . в момент времени t на вторичной обмотке согласующего трансформатора 1 по вл етс  управл ющее

напр жение с амплитудой пол рности, указанной на чертеже без скобок,Транзистор 5 начинает отпиратьс  и через некоторое врем  задержки, величина которого определ етс  частотными

свойствами транзистора, переходит в состо ние глубокого насыщени . С момента to начинаетс  намагничивание сердечника дроссел  6 насыщени  до состо ни  положительного насыщени 

{+BS), где BS - индукци  насыщени  материала сердечника дроссел  6 насыщени , через сопротивление сток-исток RCJ, открытого небольшим отрицательным смещением на затворе полевого транзистора 8, Напр жение U j,  вл етс  выходным

напр жением сглаживающего фильтра, образованного конденсатором 9 и дросселем 10, и предназначенным дл  выделени  посто нной составл ющей напр жени , падающего на ограничительном резисторе 2 и имеющего вид однопол р- ных пр моугольных импульсов за счет протекани  базового тока Т силового транзистора 5,

В момент времени t , сердечник дроссел  6 насып1ени  насыщаетс , индуктивное сопротивление первичной обмотки 14 падает, диод 3 нелиней

транзистора 5, коллектор которого че-35 ной обратной св зи отпираетс , и нарез резистор 1I нагрузки подключен к положительной шине источника 13 питани , а эмиттер к отрицательной шине источника 13 питани , к истоку починает действовать цепь нелинейной отрицательной обратной св зи по току, Б результате действи  отрицательной обратной св зи ток базы транзистора

левого транзистора 8, через конденса-до 5 уменьшаетс , а рабоча  точка транTQP 9 к его затвору, а также через ограничивающий резистор 2 к второму концу вторичной обмотки согласующего трансформатора 1 , через дроссель 10 подключен к затвору полевого 45 св зи по току величина тока базы

транзистора 8, сток полевого транзис тора подключен к первому.концу вторичной обмотки 15 дроссел  6 насыщени , а первый конец первичной обмотки 14 дроссел  6 насьпцени  через диод 3 нелинейной обратной св зи подключен к коллектору силового транзистора 5.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Предположим, что до момента времени tJ- сердечник дроссел  6 насыщени  за счет действи  вторичной обмотки находитс  в размагниченном сое

50

55

транзистора 5 автоматически подде ваетс  такой, что транзистор нахо с  на границе активной области и ласти насыщени ,

Б таком режиме схема находитс до момента времени, когда на базе транзистора 5 по вл етс  запирающ напр жение с пол рностью, указанн на чертеже в скобках. Так как в р зультате действи  обратной св зи транзистор 5 к моменту ta наход с  на границе активного режима и жима нас{.щени , то при по влении пирающего сигнала уменьшение колл

чинает действовать цепь нелинейной отрицательной обратной св зи по току, Б результате действи  отрицательной обратной св зи ток базы транзистора

зистора оказываетс  в активной области на границе насыщени .

Б интервале времени t., -to благодар  действию отрицательной обратной

0

5

транзистора 5 автоматически поддерживаетс  такой, что транзистор находитс  на границе активной области и области насыщени ,

Б таком режиме схема находитс  до момента времени, когда на базе транзистора 5 по вл етс  запирающее напр жение с пол рностью, указанной на чертеже в скобках. Так как в результате действи  обратной св зи транзистор 5 к моменту ta находитс  на границе активного режима и режима нас{.щени , то при по влении запирающего сигнала уменьшение коллек

торного тока начинаетс  в тот же момент времени. Вследствие этого врем  выключени  транзистора 5 уменьшаетс  по сравнению с насыщенным режимом работы , в котором моменту начала сни-же- ни  коллекторного тока предшествует интервал рассасывани  неосновных носителей .в базе.

После запирани  транзистора 5 сер- дечник дроссел  6 насыщени  размагничиваетс  из состо ни  +BS до нул  через открытый транзистор 8,

В момент времени t напр жение между стоком и истоком полевого транзистора 8 становитс  равным нулю и он закрываетс . С этого момента времени до прихода следующего отпирающего управл ющего импульса сердечник дроссел  6 насыщени  находитс  в размагниченном состо нии, между стоком и истоком полевого транзистора 8 приложено обратное напр жение, а энерги , записанна  в сглаживающем фильтре (конденсатор 9, дроссель 10) рассеиваетс  на ограничительном резисторе 2, который в этом интервале времени играет роль разр дного сопротивлени .

В данной схеме присутствует зависимость между временем намагничивани  сердечника дроссел  насьщени  и длительностью импульсов управлени  силовым транзистором, что при работе устройства выгл дит следующим обр-азом .

При изменении длительности импуль- ров управлени  измен етс  среднее значение падени  напр жени  на резисторе 2, которое выдел етс  сглаживающим фильтром и поступает на затвор полевого транзистора 8.

Так как полевой транзистор находитс  в активном режиме, что обусловлено соответствующим выбором сопротивлени  ограничительного резистора 2, то изменение напр жени  на его управл ющем входе относительно истока измен ет величину тока стока траи- зист,ора, котора  на интервале to - t, равна величине тока вторичной обмотки дроссел  насьпчени , а следовательно , и сопротивлению участка сток-исток полевого транзистора, которое через ток стока вли ет на врем  намагничивани . Таким образом, в предлагаемом устройстве имеетс  возможность автоматически регулировать врем  намагничивани  сердечника дрос

0

5 5

0

5

0

5

сел  насыщени  в зависимости от длительности управл ющих импульсов. Дл  того, чтобы предлагаемое устройство работало эффективно при любых длительност х импульсов управлени  на его входе, необходимо, чтобы длительность интервала времени t - t, равн лась бы длительности импульса t|j за вычетом величины длительности интервала t , - t, не -завис щей от длительности импульсов. Тогда при любых in намагничивание сердечника будет заканчиватьс  как раз за врем  t ,- t перед выключением силового тран 1Йстора, и транзистор 5 всегда будет находитьс  на границе области насыщени  перед приходом запирающего импульса, т.е. врем  рассасывани  неосновных носителей в его базе будет практически отсутствовать,

Дл  эффективной работы устройства должно выполн тьс  несколько условий , исход  из которых также выбираютс  параметры управл емого сопротивлени .

1,Во врем  закрытого состо ни  силового транзистора сердечник дроссел  насыщени  должен успеть размагнититьс  до нул , В противном случае но врем  действи  следующего отпирающего импульса сердечник дроссел  насыщени  насытитс  раньше, чем это требуетс  (врем  намагничивани  t oi

g уменьшаетс ), и положительные свойства предлагаемого транзисторного ключа утрачиваютс .

2,Ток стока 1с протекакмций во вторичной обмотке дроссел  6 насыще-, ни , после его насьпцеии  должен быть гораздо меньше базового тока

силового транзистора 5, т.е, Т5. Это необходимо дл  того, чтобы падение напр жени  на ограничительном резисторе 2 из-за протекани  этого тока не вли ло бы на величину среднего значени  напр жени  на резисторе 2 даже при минимальной длительности импульса.

3,Ток 1с протекающий во втори - ной обмотке дроссел  насьпцени  после его насьпцени , должен быть больше, чем ток, необходимьА дл  насыщени  сердечника. Это необходимо чтобы вообще можно было осуществить насыщение сердечника дроссел  6 насыщени .

При однозначно определенных параметрах управл емого сопротивлени  7 : и параметрах дроссел  насьш1ени  пред 5

1е

.геагаемое устройство может эффективно работать при изменении длительности импульсов управлени  на его входе от

ДО Ьымакс

Наличие в схеме транзисторного ключа управл емого сопротивлени  7 позвол ет автоматически регулировать врем  намагничивани  сердечника дроссел  6 насыщени  при изменении дли- тельности импульсов управлени .

При .этом врем  рассасывани  неосновных носителей в базе силового транзистора здесь практически отсутствует и за счет того, что перевод транзистора на границу режима насьпце ни  производитс  непосредственно перед выключением силового транзистора потери мощности на открытом ключе, остаютс  такими же, как в известном устройстве.

Полезный результат, заключающийс  в уменьшении потерь мощности, рассеиваемой на силовом транзисторе в открытом состо нии, получае.мый в известной схеме в определенном диапазоне длительностей импульсов управлени  при ручной регулировке переменного резистора в зависимости от длительности импульсов управлени , достигаетс  в устройстве при условии автоматической регулировки управл емого сопротивлени , что и обуславливает расширение функциональных возмож- ностей,. под которым понимаетс  возможность использовани  устройства в качестве регулирующего элемента в им пульсных стабилизаторах посто нного напр жени  или в инверторах различных преобразовательных устройств.

0

5

0

5

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, эмиттер - коллекторный переход которого включен последовательно с шинами источника питани  и резистором нагрузки, база через пр мовключенный диод соединена с первыми выводами первичной и вторичной обмоток дроссел  насьпцени , второй вьгаод первичной обмотки дроссел  насыщени  через диод нелинейной обратной св зи подключен к коллектору силового транзистора, согласуюощй трансформатор, первична  обмотка которого подключена к шинам источника управл ющих импульсов, вторична  обмотка первым выводом соединена с первым выводом ограничительного резистора , о т л и ч а ю щи и с   тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет управлени  временем насыщени  в зависимости от частоты и длительности управл ющего сигнала, введены полевой транзистор и LC-фильтр, причем исток полевого транзистора соединен с эмиттером силового транзистора, вторым выводом ограничительного резистора и через конденсатор LC-фильтра с затвором, который через дроссель LC-фильтра соединен с первым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом вторичной обмотки дроссел  насыщени , второй вывод которой соединен со стоком полевого транзистора .