SU944108A1 - Устройство дл управлени силовым транзисторным ключом - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ

ТРАНЗИСТОРНЫМ ключом Изобретение относитс  к импульсной технике и может .быть использован в импульсных усилител хмощности и hpeoбpaзoвaтeл x напр жени . Известны устройства дл  управлени  силовым транзисторным ключом, содержащие дифференциальный усилитель , источник смещени , резисторы 1 Недостатком известных устройств  вл етс  то, что посто нство степени насыщени  силовых транзисторных ключей поддерживаетс  лишь в узком диапазоне изменени ; токов, что ограничивает быстродействие и надежность устройств. Известно также устройство дл  управлени  силовым транзисторным кпочом , содержащее дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход кото рого через первый резистор соединен с общей шиной, а инвертирующий входс катодом первого диода и через второй резистор - с входной клеммой, первый транзистор, коллектор котороjro подключен к аноду первого диода, {эмиттер - к выходу дифференциального усилител  и второго диода,и базак аноду второго диода и аноду третьего диода, катод которого соединен с коллектором силового транзистора, база которого св зана с одной из шин источника напр жени  смещени  2j.. Недостатком данного устройства  вл етс  перегрузка по току силового транзистора при включении и выключении , что также снижает его надежность и быстродействие. Цель изобретени  - повышение быстродействи  и надежности. С этой целе|Ф в устройство дл  управлени  силовым транзисторным ключом , содержащ м дифференциальный усилитель , неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с общей шиной, а инвертирующий вход с катодом первого диода и через второй резистор - с входной клеммой, перпервый транзистор, коллектор которого подключен к аноду первого диода, эмиттер - к выходу дифференциального усилител  и катоду второго диода, а база - к аноду второго диода и аноду третьего диода, катод которого соединен с коллектором силового транзистора , база которого св зана с одной из шин источника напр жени  смещени , введены второй и третий транзисторы. четвертый, п тый и шесГой диоды, трег ш тии резистор, который включен между эмиттером силового транзистора и общей шиной, причем анод четвертого диода подключен к инвертирующему входу дифференциального усилител , а катодк коллектору второго транзистора, база которогосоединена с базой силового транзистора и анодом п того диода , а эмиттер - с катодом п того диода , выходом дифференциального усилител  и анодом шестого диода, катод которого подключен ко второй шине источника напр жени  смещени , коллектор третьего транзистора св зан с базой первого транзистора, база - с эмиттером силового транзистора, а эмиттер - с общей шиной. На чертеже приведена принципиальна  электрическа  схема устройства дл  управлени  силовым транзисторным ключом. Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, неинвертирующий вход которого через первый резистор 2 соединен с общей шиной 3. а инвертирующий вход - с катодом первого диода А и через второй резистор 5 со вход Ной клеммой 6, первый транзистор 7, коллектор которого подключен к аноду первого диода , эмиттер - к выходу дифференциального усилител  1 и като|ду второго диода 8, а база - к аноду второго диода 8 и аноду третьего диода 9, катод которого соединен с кол лектором силового транзистора 10, база которого св зана с одной из шин источника напр жени  смещени  11. В данном устройстве третий резистор 12 включен между эмиттером силового тран зистора 10 и общей шиной 3 анод четвертого диода 13 подключен к инвертирующему входу дифференциального усилител  1 , а катод - к коллектору второго транзистора Н, база которого соединена с анодом п того диода 15, а эмиттер - с анодом шестого диода 16, катод которого подключен ко второй шине источника напр жени  смещени  11. Коллектор третьего транзисто

ра 17 св зан с базой первого транзистора 7, база - с эмиттером силового транзистора 10, а эмиттер - с общей шиной 3.

Устройство работает следующим образом .

При подаче отрицательного управл ющего сигнала на входную клемму 6 через резистор 5 на инверсный вход дифференциального усилител  1 осуществл етсй включение устройства. При этом база-эмиттерный переход силового транзистора 10 смещаетс  в пр мом направлении насыщающим базовым током, поступающим с выхода усилител  1, через диод 16 и источник напр  жени  смещени  11 в базу силового транзистора. При включении устройства напр жение этого транзистора велико и вспомогательный транзистор 7 заперт. Поэтому во входной цепи силового транзистора 10 протекают максимальные базовые токи, вызывающие значительные падение напр жени  на эмиттерном резисторе 12. В результате третий транзистор 17 отпираетс  и включает первый транзистор 7, определ ющий коэффициент передачи усилител  1. При этом проводимость цепей отрицательной обратной св зи (транзисторы 7, диод k) увеличиваетс , коэффициент передачи усилител  1 уменьшаетс , положительное смещение база-эмиттерных переходов силового транзистора 10 также уменьшаетс  и их базовый ток ограничиваетс  на требуемом уровне. Таким образом , на начальном этапе включени  с помощью дополнительно введенных ре-. зистора 12 и третьего транзистора 17 осуществл етс  регулирование базового тока силового транзистора 10, Лропорциональное его эмиттерному току , что обеспечивает определенное уменьшение степени насыщени  силового транзистора, хот  степень насыщени  при включении  вл етс  много большей, чем в установившемс  режиме, что необходимо как дл  обеспечени  форсированного включени  силового транзистора, так и дл  уменьшени  динамических потерь. В установившемс  режиме (на этапе Включено), т. е-, когда напр жение и силового транзистора 10 достигает своего стационарного значени , в базу первого транзистора 7 через третий диод 9 поступает дополнительный ток, что приводит к уменьшению базо5э

вого тока силового транзистора 10 и ограничению его до меньшего .значени  При этом напр жение смещени  на базе третьего транзистора 17 уменьшаетс  ниже порогового значени  и он отключаетс . Таким образом дополнительный транзистор 17 ограничивает степень насыщени  силового транзистора толь;ко на этапе включени . Это позвол ет решить задачу контрол  степени насы|щени -на этапе Включение, исключа  значительные потери энергии на этапе Включено в сравнении с тем, если бы степень насыщени  поддерживалась неизменной. На этапе Включено, осуществл етс  слежение базового тока силового транзистора за коллекторным током (током нагрузки, обеспечивающее требуемую степень и : насы щени . При этом с уменьшением тока нагрузки степень насыщени  силового транзистора увеличиваетс , что приводит к увеличению напр жени  на его база-коллекторном переходе. Это, в свою очередь, приводит к смещению

b пр мом направлении первого транзистора 7 и 4, т. е. к увеличению проводимости цепей отрицательной обратной св зи усилител  1 и тем самым к уменьшению базового тока силового транзистора 10.С увеличением тока нагрузки стег пень насыщени  силового транзистора 10 уменьшаетс , что приводит к уменьшению напр жени  на его база-ко лекторном переходе, уменьшению пр мого смещени  база-эмиттерного перехода первого транзистора 7 и ослаблению отрицательной обратной св зи усилител  1, т. е. к увеличению базового тоКЗ силового транзистора 10.

На этапе Выключение на инверсные входы дифференциального усилител  1 подаетс  положительный управл ющий сигнал. При этом к базе силового транзистора 10 через п тый диод 15 прикладываетс  запирающее отрицательное напр жение. Шестой диод 6 запираетс  и отключает от входных цепей второго транзистора 14 источник напр жени  смещени  11. В результате через п тый диод 15 и включенный параллельно ему база-эмиттерный переход второго транзистора И начинают протекать обратные токи, запирающие силовой транзистор 10. В выходной цепи второго транзистора 1 + начинает протекать ток, пропорциональный запирающим обратным токам (коэффициентом пропорционально08i

сти  вл етс  отношение площадей перехода диода 15 и база-эмиттерного перехода второго транзистора 1). При этом на этапе запирани  дифференци альный усилитель 1 оказываетс  охваченным глубокой отрицательной обратной св зью по току. Этим обеспечиваетс  регулирование запирающеУо обратного тока силового транзистора 10 и, следовательно, отсутствие токовых выбросов в .силовом транзисторе при выключении, что существенно повышает надежность работы транзисторного ключа.

Дл  обеспечени  эффективного выключени  силового транзистора в широком диапазоне изменени  температуры второй транзистор устройства следует св зать термической отрицательной обратной св зью с силовым транзистором . Необходимость этого обусловлена наличием термической зависимости времени жизни неосновных носителей и наличием положительной обратной, св зи в процессе увеличени  длительно-; сти времени выключени  и температуры Указанна  термосв зь способствует вн4сению в контур отрицательной обратной св зи, компенсирующей положительную обратную св зь, с увеличением температуры запирающий ток также увеличиваетс , а врем  выключени  coкpaщa етс . Возможность такой компенсации основана на почти линейной зависимости времени жизни от температуры в шиг роком диапазоне ее изменени .

Таким образом, ограничение базового тока силового транзистора при перегрузках и уменьшение общего времени на переключение за счет дополнительно введенных двух транзисторов, трех диодов и резистора позвол ет повысить надежность и сократить врем  : переходных процессов, а тем самым повысить быстродействие силового транзисторного ключа.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  силовым транзисторным ключом, содержащее дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с общей шиной, а инвертирующий вход - с- катодом первого диода и через второй резистор с входной клеммой, первый транзистор, коллектор которого подключен к аноду первого диода, эмиттер - к выходу дифференциального усилител  и катоду второго диода, а база - к аноду второго диода и аноду третьего диода, катод которого соединен с коллекторо силового транзистора, база которого св зана с одной из шин источника напр жени  смещени , о т л и, ч а ю щ е е с   тем, что, с целью Повышени  надежности и быстродействи , в устройство введены второй ,и третий транзисторы, четвертый, п тый и шестой диоды, третий резистор, который включен между эмиттером силового транзистора и общей шиной, причем анод четвертого диода подключен к инвертирующему входу дифференциального усилител , а катод - к коллекто ру второго транзистора, база которого соединена с базой силового транзистора и анодом п того диода, а a e 8 эмиттер - с катодом п того диода, выходом дифференциального усилител  и анодом шестого диода, катод которого подключен к второй шине источника напр жени  смещени , коллектор третьего транзистора св зан с базой первого транзистора, база - с эмиттером силового транзистора, а эмиттер - с общей шиной. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Электронна  техника в автоматике . Сб. статей под ред. Ю. Н. Конева . Вып. 9. М., Советское радио, 1977, с. 25, рис. 6а.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке Vf 2769233/21, кл. Н 03 К 17/60, 23.05.79 (прототип ).