SU1480112A1 - Транзисторный ключ - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитани . Цель изобретени  - повышение КПД. Силовой транзистор (СТ) 1 управл етс  трансформатором тока 2, причем как включающий, так и выключающий ток базы СТ 1 обеспечиваетс  трансформатором 3. Первоначальный запуск СТ 1 происходит от сравнительно большого по величине пускового резистора, дальнейшее функционирование СТ 1 происходит за счет энергии, трансформируемой из трансформатора тока. Соответствующее включение элементов схемы дает возможность без значительных энергетических затрат обеспечить надежное включение СТ 1 при малых токах коллектора, когда трансформатор тока еще не может обеспечить достаточную трансформацию из-за конечной величины индуктивности его намагничивани . В схеме предусмотрена независима  регулировка параметров, необходимых дл  оптимизации энергетических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

4

00

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к транзисторным ключам, предназначенным дл  коммутации силовой нагрузки, например, индуктивного характера.

Цель изобретени  - повышение КПД транзисторного ключа и повышение надежности его работы при любых величинах нагрузки - от минимальной до мак- симапьной.

На фиг.1 приведена схема транзисторного ключа; на фиг.2 - выключающа  цепь, пример выполнени .

Транзисторный ключ (фиг.1) содер- жит силовой транзистор 1, в коллекторную цепь которого включены первична  обмотка 2 трансформатора 3 тока, выходной трансформатор и источник питани  Е„. Параллельно коллектору и

эмиттеру транзистора 1 подключена демпфирующа  цепь 4, служаща  дл  формировани  области безопасной работы этого транзистора. База силового транзистора соединена с эмиттером включающего транзистора 5, через защитный диод 6 - с общим полюсом источника питани  Е п и с концом выключающей обмотки 7 трансформатора 3 тока , начало которой через выключающий диод 8 подключено к коллектору выключающего транзистора 9. Коллектор включающего транзистора 5 через пусковой резистор 10 соединен с потенциальным полюсом +Е п источника пита- ни  и через диод 11 с началом включающей обмотки 2 трансформатора 3 тока , конец которой подключен к эмиттеру выключающего транзистора 9, эмиттеру силового транзистора 1 и общему полюсу источника питани  Еп. К началу включающей обмотки 2 трансформатора 3 и эмиттеру транзистора 1 подключена цепь размагничивани  трансформатора 3 тока, состо ща  из резнетора 12 и диода 3. Коллектор включающего транзистора 5 соединен также с первым выводом последовательной RC-цепи 14, состо щей из ограничивающего резистора 15 и накопительного конденсатора 16, второй вывод которой соединен с эмиттером транзистора 1 .

КС-цепь 14 может быть выполнена следующим образом (фиг.2).

Последовательно с резистором 15 и конденсатором 16 включена параллельна  цепь, состо ща  из двух ветвей: диодов 17 и 18 и резисторов 19 и 20,

Q

5

0

5 0 $ 0 5 „

г

включенных между собой последовательно .

Транзисторный ключ (фиг.1) работает следующим образом.

Рассмотрим пусковой режим схемы при начальном включении напр жени  Еп. Предположим, что до момента времени по влени  Е„ на схему подаютс  импульсы синхронизации U Вкл и U В11КЛ . После подачи Е л начинает зар жатьс  конденсатор 16 цепи 14. Несмотр  на то, что импульсы U 8кл открывают включающий транзистор 5, напр жени  на цепи 14 недостаточно дл  открывани  силового транзистора 1 и на подхватывание положительной обратной св зи обмоток трансформатора 3 тока. .Величина пускового резистора 10 достаточно велика, чтобы не ухудшать в значительной степени энергетическую эффективность транзисторного ключа. По прошествии времени, определ емого посто нной времени цепи конденсатора 16 и резисторов 10 и 15, напр жение на конденсаторе 16, а следовательно, и на цепи 14 становитс  достаточным дл  открывани  силового транзистора 1 при открытом включающем транзисторе 5. Конденсатор 16 начинает разр жатьс  .

Транзистор 1 входит в линейный режим , и включаетс  в действие положительна  обратна  св зь трансформатора 3 тока. Транзистор 1 полностью открываетс  и входит в насыщение. Далее он остаетс  в этом положении в течение времени, пока открыт включающий транзистор 5.

После запирани  транзистора 5 разр д конденсатора 16 цепи 14 прекращаетс . Транзистор 1 остаетс  открытым и насыщенным в силу инерционности рассасывани  избыточных зар дов из его полупроводниковой структуры. Одновременно из-за по влени  сигнала U е(|КЛ включаетс  выключающий транзистор 9, подключающий обмотку 7 к базе силового транзистора 1 и подающий в нее ток обратной пол рности (рассасывающий ток). Начинаетс  этап расса- сыв ани  з ар  до в.

В это же врем  при условии, что число витков обмотки 7 больше числа витков обмотки 2, т.е. когда величина рассасывающего тока больше величины ранее существовавшего пр мого тока (это выполн етс  на практике при использовании высоковольтных и достаточно инерционных транзисторов), конденсатор 16 цепи 14 начинает зар жатьс  от обмотки 2, напр жение на нем начинает увеличиватьс  на этапе рассасывани  зар дов. ,

Ток зар да конденсатора 16 определ етс  соотношением чисел витков обмоток трансформатора 3 тока, а также ограничиваетс  резистором 15 цепи 14. Ограничение тока зар да конденсатора 16 требуетс  дл  того, чтобы нормировать тбк, отбираемый от приведенного рассасывающего тока обмотки (обратного тока базы транзистора 1) на зар д конденсатора 16. Уменьшение рассасывающего тока за счет его ответвлени  в конденсатор 16 может быть скомпенсировано уменьшением числа витков обмотки 7, т.е. увеличением тока, протекающего по ней.

Несмотр  на то, что врем  рассасывани  зар дов достаточно мало по сравнению с длительностью периода переключени  ключа, этого времени вполне достаточно дл  зар да конденсатора 16 до требуемого напр жени . Необходимый подбор может быть осуществлен увеличением числа витков обмотки 2. Одновременно с зар дом емкости от обмотки 7 осуществл етс  зар д конденсатора 16 через пусковой резистор 10.

По прошествии времени рассасывани  зар д конденсатора 16 прекращаетс  и до поступлени  импульса U ВКЛ конденсатор 16 остаетс  зар женным до своего амплитудного значени . Та ким образом, к моменту прихода импульса ивкл конденсатор 16, а следовательно , и цепь 14 оказываютс  под большим напр жением, чем они были к началу времени по влени  импульса Uвыкл Определенную, хот  и не определ ющую роль играет и зар д конденсатора от пускового резистора 10. После поступлени  импульса U ВкЛ конденсатор 16 разр жаетс  через открытый транзистор 5 в базу транзистора 1, вызыва  его форсированное отпирание . Величина тока базы транзистора 1 ограничиваетс  и выбираетс  требуемой резистором 15 цепи 14.

Выбором величины резистора 15 и величины напр жени  на цепи 14 можно достигнуть уверенного и надежного включени  транзистора 1 в режиме прерывистых токов нагрузки, т.е. тогда , когда в начальный момент дейст

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5

124

ви  импульса U в„„ ток коллектора транзистора 1 еще не успел достигнуть величины, достаточной дл  подхватывани  положительной обратной св зи трансформатора 3 тока.

Следовательно, осуществл етс  уменьшение тока через пусковой резистор 10, так как энерги , необходима  дл  надежного открывани  силового транзистора 1, в основном потребл етс  путем трансформации напр жени  из первичной токовой цепи коллектора в цепь питани  включающего транзистора. Одновременно с этим, так как трансформаци  напр жени  всегда более выгодна , чем преобразование его величины на активных резисторах, обеспечиваетс  минимум потерь энергии схемы даже дл  увеличени  длительности тока через включающий транзистор и его амплитуды.

Параллельные цепи 17,19 и 18,20, введенные в КС-цепь 14 (фиг.2), дают возможность обеспечивать независимую регулировку токов зар да конденсатора 16 (тока, отбираемого от рассасывающего тока базы транзистора 1) и разр да его (тока включени  транзистора 1) дл  надежного подхватывани  положительной обратной св зи трансформатора 3. Этим достигаетс  возможность дл  оптимизации временных и токовых характеристик схемы транзисторного ключа при его практической реализации при имеющихс  ограничени х.

Следовательно, это позвол ет путем независимой регулировки элементами 17-20 получить наиболее эффективные параметрь: транзисторного ключа при значительном диапазоне изменени  тока нагрузки, технологических изменени х характеристик транзисторов, а также получить меньшие габариты трансформатора тока.

Таким образом, в схеме транзисторного ключа за счет трансформации энергии трансформатором тока из первичной цепи в цепь управлени  силовым транзистором достигаетс  как повышение КПД, так и повышенна  надежность работы транзисторного ключа в широком диапазоне токов нагрузки, включа  режимы прерывистых и непрерывных токов нагрузки.

Включение RC-цепи (фиг.2) дает возможность также расширить функциональные возможности применени  транзисторного ключа в более эффективных

член грешных устройствах автоматик, где требуетс  более высокое быстродействие , надежность и эффективность в услови х широкого изменени  различ- иых дестабилизирующих факторов.

Claims (3)

1. Транзисторный ключ, содержащий включающий и выключающий транзисторы и силовой транзистор, подключенный коллектором к выходному выводу через первичную обмотку трансформатора тока , включающа  обмотка которого соединена началом через пр мо включенный включающий диод с коллектором включающего Транзистора, подключенным через пусковой резистор к потенциальному полюсу источника питани , конец включающей обмотки соединен с эмиттером силового транзистора и эмиттером выключающего транзистора,

коллектор которого через обратно i - -включенный выключающий диод соединен с началом выключающей обмотки трансформатора тока, концом соединенной с базой силового транзистора и эмиттером включающего транзистора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, в него введены включающа  цепь, подключенна  между коллектором включающего транзистора и эмиттером силового транзистора.

2.Ключ поп.1,отличающ и и с   тем, что выключающа  цепь выполнена из последовательно соеди- 5 ненных ограничительного резистора и накопительного конденсатора.

3.Ключ по п.I, отличающий с   тем, что выключающа  цепь выполнена из последовательно соединенных ограничительного резистора, накопительного конденсатора и двух цепочек из последовательно соединенных диода и резистора, подключенных встречно-параллельно.

7

17

19

18

20