SU1676091A1

SU1676091A1 - Transistorized switch

Info

Publication number: SU1676091A1
Application number: SU894766930A
Authority: SU
Inventors: Виктор Семенович Уманский
Original assignee: Центральное научно-производственное объединение "Ленинец"
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-09-07

Abstract

Изобретение относитс к импульсной технике и может быть использовано в импульсных модул торах, инверторах и преобразовател х посто нного напр жени в посто нное. Цель изобретени - упрощение и повышение надежности транзисторного ключа за счет исключени вспомогательного источника питани мгновенной мощности , рассеиваемой на силовом транзисторе при выключении. При отпирании транзистора 1 происходит частичный разр д конденсатора 8, в результате чего возникает нелинейна отрицательна обратна св зь, котора обеспечивает стабилизацию степени насыщени транзистора 1. После окончани импульса управлени конденсатор 9 зар жаетс через диоды 3, 5 и 7, благодар чему.уменьшаетс напр жение на коллекторе транзистора 1 на интервале выключени . 2 ил.The invention relates to a pulse technique and can be used in pulse modulators, inverters, and dc to dc converters. The purpose of the invention is to simplify and increase the reliability of a transistor switch by eliminating the auxiliary power source of instantaneous power dissipated on the power transistor when it is turned off. When transistor 1 is unlocked, partial discharge of capacitor 8 occurs, resulting in non-linear negative feedback, which stabilizes the degree of saturation of transistor 1. After the control pulse terminates, capacitor 9 is charged through diodes 3, 5 and 7, thereby decreasing on the collector of transistor 1 in the off interval. 2 Il.

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть' использовано в импульсных модуляторах, инверторах и преобразователях постоянного напряжения в постоянное.The invention relates to a pulse technique and can be used in pulse modulators, inverters and DC / DC converters.

Цель изобретения ·-- упрощение и повышение надежности транзисторного ключа за счет исключения вспомогательного источника питания и уменьшения мгновенной мощности, рассеиваемой на силовом транзисторе при выключении.The purpose of the invention · - to simplify and improve the reliability of the transistor switch by eliminating the auxiliary power source and reducing the instantaneous power dissipated by the power transistor when turned off.

На фиг. 1 приведена схема транзисторного ключа; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов.In FIG. 1 shows a diagram of a transistor switch; in FIG. 2 - time diagrams of voltages and currents.

Транзисторный ключ содержит силовой транзистор 1, шесть диодов 2-7, первый 8 и второй 9 конденсаторы, первый 10 и второй 11 резисторы, база силового транзистора 1 подключена к шине 12 управления, первому выводу первого резистора 10 и первому выводу первого диода 2, агорой вывод которого соединен с первым выводом первого конденсатора 8 и через второй диод 3 с эмиттером силового транзистора 1, первым выводом третьего диода 4, вторым выводом первого резистора 10 и общей шиной 13, второй вывод первого конденсатора 8 подключен к первому выводу четвертого диода 5 и через пятый диод 6 к коллектору силового транзистора 1. Первый вывод второго конденсатора 9 соединен с первыми выводами третьего 4 и четвертого 5 диодов, кол лектор силового транзистора 1 подключен к выходной шине 14 и первым выводам шестого диода 7 и второго резистора 11, вторые выводы которых соединены с вторым выводом второго конденсатора 9,The transistor switch contains a power transistor 1, six diodes 2-7, the first 8 and second 9 capacitors, the first 10 and second 11 resistors, the base of the power transistor 1 is connected to the control bus 12, the first output of the first resistor 10 and the first output of the first diode 2, agora the output of which is connected to the first output of the first capacitor 8 and through the second diode 3 with the emitter of the power transistor 1, the first output of the third diode 4, the second output of the first resistor 10 and the common bus 13, the second output of the first capacitor 8 is connected to the first output of the fourth diode and 5 and through the fifth diode 6 to the collector of the power transistor 1. The first terminal of the second capacitor 9 is connected to the first terminals of the third 4 and fourth 5 diodes, the collector of the power transistor 1 is connected to the output bus 14 and the first terminals of the sixth diode 7 and the second resistor 11, the second terminals of which are connected to the second terminal of the second capacitor 9,

Кроме того, между выходной и общей шинами 14 и ТЗвключена цепь 15 нагрузки, которая состоит из трансформатора 16 и источника 17 питания, которые соединены последовательно.In addition, between the output and common buses 14 and TK, a load circuit 15 is connected, which consists of a transformer 16 and a power source 17, which are connected in series.

Транзисторный ключ работает следующим образом.The transistor switch operates as follows.

В исходном состоянии в паузах между импульсами тока управления !_упр транзистор 1 заперт, а конденсаторы 8 и 9 заряжены от источника 17 через диоды 7, 5 и 3. Диоды 2,4 и 6 при этом заперты. Суммарное напряжение на конденсаторах 8 и 9 приблизительно равно напряжению Еп источника 17 питания, Конденсатор 8 имеет емкость Се, значительно большую (например,-в 10 раз), чем емкость Сд конденсатора 9.In the initial state, in the pauses between pulses of the control current! _upr transistor 1 is locked, and capacitors 8 and 9 are charged from source 17 through diodes 7, 5 and 3. The diodes 2,4 and 6 are locked. The total voltage across the capacitors 8 and 9 is approximately equal to the voltage Ep of the power supply 17, Capacitor 8 has a capacitance Ce significantly greater (for example, 10 times) than the capacitance Cd of the capacitor 9.

Таким образом напряжения Ев и Ед на указанных конденсаторах в исходном состоянии равны ^{Ев = Е}” сГТсГ“^б17ё^<<Е”^: ^{Е9 = Е}”йТТО“^Е’⁷·Thus, the voltages of Ev and Ed on the indicated capacitors in the initial state are equal to ^{Ev = E} ”cGTsG“ ^b17 e ^{<< E} ” ^: ^{E9 = E} ” and TTO “ ^E ' ⁷ ·

При поступлении в базу транзистора 1 очередного импульса тока управления 1_упр с длительностью Т от внешнего источника транзистор 1 отпирается и через него и цепь 15 нагрузки начинает протекать импульсный ток Its (фиг. 2а, б). Напряжение Ei на коллекторе транзистора 1 уменьшается от величины Е-р до некоторой малой величины Енас, близкой к напряжению насыщения (фиг. 2в). При отпирании транзистора 1 начинает разряжаться конденсатор 9 током lg, протекающим по цепи верхняя обкладка конденсатора 9, имеющая положительный потенциал, - резистор 11 - промежуток кол- ¹лектор - эмиттер открытого транзистора 1 диод 4 - нижняя обкладка конденсатора 9, диоды 3, 5 и 7 при этом заперты. Напряжение Ед и ток lg к концу импульса спадают почти до нуля (фиг, 2г, ж). Это обеспечивается выбором величины Rn сопротивления резистора 11 из условия Rn —ЗТ/Сд. Одновременно происходит частичный разряд конденсатора 8 большой емкости током 1в, который начинает протекать только после того, как напряжение Е1 на коллекторе транзистора 1 станет меньшим; чем Ei < Es + Ес + Ег + Еэб ~ Енас, где Еб ~ Ег - падение напряжения на открытых диодах 6 и 2, Еэб ~Еб = Е - падение напряжения на эмиттерно-базовом переходе транзистора 1.When the next control current pulse 1 _upr arrives at the base of transistor 1 with a duration T from an external source, transistor 1 is unlocked and pulse current Its begins to flow through it and load circuit 15 (Fig. 2a, b). The voltage Ei on the collector of the transistor 1 decreases from the value of E p to a small small value of Enac close to the saturation voltage (Fig. 2B). When the transistor 1 is turned on, the capacitor 9 starts to discharge with a current lg flowing through the circuit, the upper lining of the capacitor 9, which has a positive potential, - the resistor 11 - the span of the collector, ¹ lector - the emitter of the open transistor 1 diode 4 - the lower lining of the capacitor 9, diodes 3, 5, and 7 are locked. The voltage U and the current lg at the end of the pulse drop to almost zero (FIG. 2d, g). This is ensured by the choice of the resistance value Rn of the resistor 11 from the condition Rn — ЗТ / Сд. At the same time, a partial discharge of high-capacity capacitor 8 occurs with a current of 1V, which begins to flow only after the voltage E1 on the collector of transistor 1 becomes lower; than Ei <Es + Ec + Eg + Eeb ~ Enas, where Eb ~ Eg is the voltage drop across open diodes 6 and 2, Eeb ~ Eb = E is the voltage drop at the emitter-base junction of transistor 1.

Ток Is протекает по цепи верхняя обкладка конденсатора 8, имеющая положительный потенциал, - диод 6 - промежуток коллектор-эмиттер открытого транзистора 1 - промежуток эмиттер-база транзистора 1, зашунтированный резистором 10 - диод 2 - ' ни жняя обкладка конденсатора 8, имеющая . отрицательный потенциал (фиг. 2е). Конденсатор 8 за время импульса разряжается частично и напряжение Ее на нем изменяется сравнительно мало (фиг. 2д). Это достигается благодаря тому, что в момент, когда напряжение Ев уменьшается до величины Евмин = Енас + ЗЕ, диоды 6 и 2 запираются и дальнейший разряд конденсатора 8 прекращается.The current Is flows through the circuit, the upper lining of the capacitor 8 having a positive potential, - diode 6 - the collector-emitter gap of the open transistor 1 - the emitter-base gap of the transistor 1, shunted by the resistor 10 - diode 2 - the lower lining of the capacitor 8, having. negative potential (Fig. 2e). The capacitor 8 is partially discharged during the pulse and its voltage on it changes relatively little (Fig. 2e). This is achieved due to the fact that at the moment when the voltage Ev decreases to the value Evmin = Enas + ZE, the diodes 6 and 2 are closed and the further discharge of the capacitor 8 stops.

Ток ie протекает через эмиттерно-базовый переход транзистора 1 в направлении, противоположном направлению протекания тока управления 1_уПр. током через резистор '10 можно в первом приближении пренебречь (фиг. 2а, г, з) так, что 1б = 1упр Is, где 1б “ ток базы. В результате возникает нелинейная отрицательная обратная связь, которая обеспечивает стабилизацию степени насыщения транзистора 1 на заданном уровне, например, при вариациях температуры окружающей среды. Как следствие., достигается уменьшение времени выключения ϊβηκλ транзистора 1. При этом оказывается возможным увеличение частоты следования импульсов.The current ie flows through the emitter-base junction of the transistor 1 in the direction opposite to the direction of flow of the control current 1 _rp . the current through resistor '10 can be neglected to a first approximation (Fig. 2a, d, h) so that 1b = 1upr Is, where 1b is the base current. As a result, a nonlinear negative feedback occurs, which stabilizes the degree of saturation of the transistor 1 at a given level, for example, with variations in the ambient temperature. As a consequence., A reduction in the turn-off time ϊβηκλ of the transistor 1 is achieved. In this case, it is possible to increase the pulse repetition rate.

Напряжение Ев « Е17 на конденсаторе 8 в контуре нелинейной обратной связи (оно должно иметь величину порядка единиц вольт) получается в отличие от прототипа без применения вспомогательного низковольтного источника питания.The voltage Ev "E17 on the capacitor 8 in the nonlinear feedback loop (it should have a value of the order of units of volts) is obtained, unlike the prototype, without the use of an auxiliary low-voltage power source.

В момент Т окончания импульса тока управления 1_уПр начинается процесс рассасывания неосновных носителей заряда в транзисторе 1, характеризуемый временем рассасывания t_Pac, тогда ток I15 еще продолжает течь через транзистор 1 и цепь 15 нагрузки (фиг. 2а, б). На этом этапе мгновенное значение мощности Pi, рассеиваемой в коллекторе, определяется как Pi = I15E1. Поскольку 115 еще близко к номиналу (фиг. 26), то для минимизации значения Pi необходимо принять меры к уменьшению напряжения Ei на коллекторе в течение интервала времени tpac (фиг. 2в). Это достигается путем заряда через диоды 3, 5 и 7 конденсатора 9, который ранее к концу импульса разрядился почти до нуля (фиг. 2в, г). Минимизация величины Pi позволяет улучшить режим выключения транзистора 1, т.е. уменьшить вероятность отказа ввиду чрез мерно большой величины мгновенной мощности Pi.At the moment T of the end of the control current pulse 1 _uP p, the process of resorption of minority carriers in the transistor 1 begins, characterized by the resorption time t _P ac, then the current I15 still continues to flow through the transistor 1 and the load circuit 15 (Fig. 2a, b). At this stage, the instantaneous value of the power Pi dissipated in the collector is defined as Pi = I15E1. Since 115 is still close to the nominal value (Fig. 26), to minimize the Pi value, it is necessary to take measures to reduce the collector voltage Ei during the time interval tpac (Fig. 2c). This is achieved by charging through the diodes 3, 5 and 7 of the capacitor 9, which earlier was discharged to almost zero by the end of the pulse (Fig. 2c, d). Minimizing the value of Pi allows you to improve the shutdown mode of the transistor 1, i.e. reduce the probability of failure due to the excessively large instantaneous power Pi.

Предлагаемый транзисторный ключ более простой и надежный, чем известные, за счет исключения вспомогательного источника питания и уменьшения мгновенной мощности, рассеиваемой на силовом транзисторе при выключении.The proposed transistor switch is simpler and more reliable than the known ones by eliminating the auxiliary power source and reducing the instantaneous power dissipated by the power transistor when turned off.

Claims

Claim

A transistor switch containing a power transistor, six diodes, a first capacitor, first and second resistors, the base of the power transistor is connected to a control pin, the first output of the first resistor and the first output of the first diode, the second output of which is connected to the first output of the first capacitor and through the second diode with the emitter of the power transistor, the first output of the third diode, the second output of the first resistor and a common bus, the second output of the first capacitor is connected to the first output of the fourth diode and through the fifth diode to the collector power transistor, characterized in that, in order to simplify and improve reliability, a second capacitor is introduced, the first output of which is connected to the first terminals of the third and fourth diodes, the collector of the power transistor is connected to the output bus and the first terminals of the sixth diode and the second resistor, second terminals which are connected to the second terminal of the second capacitor.