SU951609A1 - Транзисторный ключ - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электротехкике , в частности к силовой преобразовательной технике.

Известен транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, последовательно с которым и источником питани  включена нагрузка емкистного характера и обмотка дроссел , причем соединенные последовательно нагрузка и обмотка дроссел  шунтированы коммутирующим дно-,Q дом

Недостаток данного устройства - значительные коммутационные потери, возникающие при запирании силового транзистора из-за быстрого нйрастани  напр же- ,5 ни  на обмотке дроссел .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, включенный последовательно 20 с нагрузкой емкостного характера и источником питани , подключенный управл ющим электродом к перво лу выходу блока управлени , ком 5утирующую цепь,

состо щую на дополнительного транзистора . соедтгденного первым электродом, общим дл  его входной и выходной цепей ,с таким же первым электродом силового транзистора, а ;-управл ющим электродом - со вторым выходом блока упрэвлени , а также из дроссел , первична  обмотка которого KotmoM соединена со вторым электродом выходной цепи дополнительного транзистора { 2J .

Недостатки известного устройства заключаютс  в значительных коммутадионшлх потер х и низкой надежности, что обусловлено быстрым нарасташшм напр жени  на дополнительном транзисторе при запираний из-за возникновени  ЭДС самоиндукции на обмотке дроссел , включенной последовательно с выходной цепью дополнительного транзистора.

Целью изобретеш1   вл етс  уменьщение динамических потерь и повьЕшение надежности путем улучхиолип условий запирани  дополнительного транзистора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в транзисторный ключ, содержащий силовой Т1: анзистор, включенный последовательно с нагрузкой ёмкостного характера и источником питани , подкшоченный управл ющим электродом к первому ВЫХОДУ блока управлени , коммутирующую цепь, состо щую из дополнительного транзистора, соединённого первым электродом, ойцим дл  его входной и выходной цепей, с таким же первым элек тродом силового транзистора, а управл ющим электродом - со вторым выходом блока управлени , а также из дроссел , первична  обмотка которого кондом со- единена со вторым электродом выходной цепи дополнительного гранзистора, а началом через первый диод - с концом вторичной обмотки дроссел , введены демпфирующий конденсатор, включенный между объединеннь1ми первыми электрода ми силового и дополнительного транзисторов и началом первичной обмотки дроссел , второй диод, включенный между началом первичной обмотки дроссел  и вто рым электродом выходной цепи силового транзистора, соединенным с первым выводом нагрузки, причем первый и второй диоды соединены одноименными электродами , третий диод, щунтирующий входную цепь дополнительного транзистора, и чет вертый диод, включенный между первым зажимом источника питани , с которым соединен второй вывод нагрузки, и концо первичной или вторичной обмотки дроссел причем пол рность включени  четвертого диода - встречна  по отнощению к источнику питани , объединенные первые электроды силового и дополнительного транзисторов соединены со вторым зажимом источника питани , а начало вторичной обмотки дроссел  св зано с управл ющим электродом дополнительного тран зистора. Причем св зь начала вторичной обмот ки дроссел  с управл ющим электродом дополнительного транзистора осуществлена через резистивно-диодную цепь, причем указанна  цепь и соединенна  с ней последовательно входна  цепь дополнительного транзистора шунтированы дополнительным конденсатором. На фиг. 1 и 2 представлены принципиальные схемы вариантов выполнени  транзисторного ключа., ; Схемы содержат первый и второй зажимы источника питани  1 и 2, силовой транзистор 3; нагрузку 4; блок 5 управлени , дополнительный транзистор 6, первичную обмотку 7. дроссел  8, вторичную обмотку 9 дроссел  8, первый диод 1О, демпфирующий конденсатор 11, второй диод 12, третий диод 13, четвертый диод 14. В слеме на фиг. 2 обозначены позици ми 15 и 16 резистор и диод резистивно-диодной цепи, а дополнительный конденсатор - позицией 17. В схемах на фиг. 1 и 2 между первым и вторым зажимами 1 и 2 источника питани  включены соединенные последова-г : тельно силовой транзистор 3 и нагрузка 4 емкостного характера, причем первый электрод силового транзистора 3, общий дл  его входной и выходной цепей, соединен со вторым зажимом 2 источника питани , второй электрод выходной цепи силового ключа соединен ,с первым выводом нагрузки 4, а второй вывод ее соединен с nepBbnvi зажимом источники питани . Управл ющий электрод силового транзистора 3 соединен с первым выходом блока управлени  5. Дополнительный транзистор 6 первым электродом, общим дл  его выходной и входной цепей, соединен со вторым зажимом 2источника питани . Второй электрод выходной цепи дополнительного транзистора 6 соединен с концом первичной обмотки 7 дроссел  8, имеющего вторичную обмотку 9. Между концом вторичной обмотки 9 и началом первичной обмотки 7 включен первый диод 1О соединенный катодом с началом первичной обмотки 7. Начало первичной обмотки 7, кроме того , через демпфирующий конденсатор 11 соединено с первыми электродами силового и дополнительного транзисторов 3 и 6 и через второй диод 12 - со вторым электродом выходной цепи силового тракзистора 3, причем к началу первичной обмотки 7 дроссел  8 подключен катод второго диода 12. Управл ющий электрод дополнительного транзистора 6 соединен со вторым выходом блока управлени  5, а управл юща  входна  цепь дополнительного, транзистора 6 щунтирована третьим диодом 13. В схеме на фиг. 1 между первым зажимом 1 источника питани  и концом первичной обмотки 7 включен четвертый диод 14 (катодом соединенный с первьгм зажимом источника питани ), а начало вторичной обмотки 9 дроссел  8 непосредственно подключено к управл к цему электроду дополнительного транзистора 6.

в схеме на фиг. 2 между первым за-, жимом 1 источника питани  и концом вторичной обмотки 9 включен четвертый диод 14, соединенный с первым зажимом 1 катодом, а начало этой обмотки св зано с управл ющим электродом дополнительного транзистора 6 брбз рбзистивно-диодную цепь, образованную соединенными последовательно резистором 15 и диодом 16. Соединенные последователь но резистивно-диодна  депь 15-16 и входна  цепь дгаюлнительного транзистора 6 шунтированы дополшггельным конденсатором 17.

Принцип действи  транзисторного ключа одинаков дл  схем, представленный на фиг. 1 и 2, и состоит в следующем.

Устройство управлени  5 отпирает вначале дополнительный транзистор 6. К моменту отпирани  зар жен демпфирующий конденсатор 11. Поэтому, когда при отпирании дополнительного транзистора 6, цотенциал на конце обмотки 7 понижаетс  до нул , к этой первичной обмотке дроссел  8 прикладываетс  скачком напр жение . Ток первичной обмотки,  вл ющийс  током также и дополнительного транзистора 6, нарастает плавно. Скорост нарастани  этого тока ограничена индуктивностью первичной обмотки 7 дроссел  8. Ток обмотки дроссел  содержит два слагаемых. Первое  вл етс  током разр да демпфирующего конденсатора 11 второе - током нагрузки 4 ёмкостного характера. С течением времени ток первичной обмотки дроссел  8 увеличиваетс  а напр жение на силовом транзисторе 3 уменьшаетс . Когда это уменьшение достигнет некоторого заданного цредела, и разность потенциалов между первым и вторым электродами силового транзистора 3 станет близкой к нулю, блок управлени  5 формирует отпирающий сигнал силового транзистора 3 и прекращает формирование отпирающего сигнала дополнительного транзистора 6.

Прекращение отпирающего сигнала на .управл ющем электроде дополнительного транзистора 6 вызывает через некоторое врем , определ емое инерционностью этого транзистора, уменьшение тока его выходной цепи, т.е. уменьщение тока первичной обмотки 7 дроссел  8. Это, в свою очередь, вызьюает по вление ЭДС самоиндукции на обмотках дроссел  8, в результате чего отпираетс  первый диод lOj и по вторичной обмотке 9 начинает Протекать ток, который возрастает по

мере уменьшени  тока через дополнительный транзистор 6. Ток вторичнбй обмотк 9, поступающий во входную цепь дополнительного транзистора 6, создает з пирающее смещение на управл ющем электроде дополнительного транзистора, что способствует ускорению процесса его запирани  и снижению коммутационных потерь в нем. Снижению коммутационных потерь способствует также присутствие демпфирующего конденсатора 11, зар жаемого током вторичной обмотки 9. В процессе зар да плавно нарастает напр жение на конденсаторе и на обмотках дроссел , а также на запирающемс  дополнительном транзисторе 6.

Зар д демпфирующего конденсатора 11 происходит за счет энергии, накопленной в дросселе 8 за врем , пока дополнительный транзистор 6 был в состо нии высокой проводимости. Рост напр жени  на демпфирующем конденсаторе 11 и передача энергии из дроссел  8 в этот конденсатор прекращаетс  в момент отпирани  четвертого диода 14. С этого момента накопленна  в дросселе энерги  возвращаетс  в источник питани , что обусловлено протеканием тока через четвертый диод 14 навстречу ЭДС источника питани .

Отпирание силового транзистора 3 происходит при малом значении напр жени  между электродами его выходной цепи, т.е. с небольшими потер ми. Потери энергии в выходной цепи дополнительного транзистора 6 практически отсутствуют при отпирании, поскольку скорость нарастани  тока этого транзистора огратйчиваетс  индуктивностью первичной обмотки 7 и дроссел . 8.

Малость потерь энергии при запирании дополнительного транзистора 6 обусловле на, во-первых, форсированием процесра запирани  током вторичной обмотки 9 дроссел  8 и, во-вторых, исскуственным снижением скорости нарастани  напр жени  на дополнительном транзисторе 6. Этими же факторами обусловлено повышение надежности устройства в сравнении с прототипом.

Claims (2)

1. Схема на фиг. 1 предназначена дл  использовани  в случа х, когда характер нагрузки 4 таков,что на силовом транзисторе 3 не может возникать напр жение , превышающее напр жение источника питани  (например, при актив. но-емкостном характере нагрузки 4). Вез изменени  принципа действи  этой 7схе 1Ы первый диод Ю можегт быть вклю чен между началом вторичной обмотки 9 дроссел  8 н управл ющим электродом догюлщ1те.т1ьного транзистора 6, а начало первичной обмотки 7 и конец вг ричной обмотки 9 об1зединены. Схема на фиг. 2 предназначена дл  иснользовани  в случа х, когда характер нагрузки 4 таков, что на силовом транзисторе 3 может возникать напр жение , превышающее напр жение источника питани  (например, еспи нагрузка 4 имеет активно-индуктивный характер и шунтирована конденсатором), В этом случае первый диод Ю выполн ет роль блокируюшего. Дополт1ительное повышение надежности обеспечиваетс  в схеме на фиг. 2 за счет применени  цепей, содержаш:их элементы 15, 16 и 17. Сущность их действи  состоит в том, что за врем  вывода энергии из дроссел  8 дополнительный конденсатор 17 зар жаетс , и ток разр да конденсатора обеснечи вает запираюшее смещение на дополнительном транзисторе после вывода энергии из ма нитного реактора. Диод 16 предотвращает шунтирование входной цепи дополни V тельного транзистора соединенными посл довательно резистором 15 и дополнитель НБ1М конденсатором 17 по отношению к сигналу со второго выхода блока утсравлени  5. Формула изобретени  1. Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, включенный последовательно- с нагрузкой емкостного харакгера и источником питани , нодютгоченный унравл ющим электродом к первому выходу блока управлени , коммутирующую непь, состо щую из дополнительного тран зис1юра, соединенного первым электродом общим дл  его входной и выходной цепе с таким же нервыл-г электродом силового транзистора, а унравл ющим электродом - со вторым выходом блока управле ни , а также из дроссел , первична  обмотка Е/оторого концом соединена со вто рым электродом выходной цепи доролни09 ,8 тельного транзистора, а началом через первый диод - с концом вторичной обмотки дроссел , о т л° и чающийс  тем, что, с непью меньшени  динамических потерь и по/ вышени  надежности нутем улучшени  условий.запирани  доно;шительного транзистора , в него введены демпфируюш;ий конденсатор, включенный между объединенными первыми электродами силового и дополнительного транзисторов и началом первичной обмотки дроссел , второй диод, В1шюченный между началом первичной обмотки дроссел  и вторым электродом выходной цепи силового транзистора, соединенным с первым выводом нагрузки, причем первый и второй диоды подключены к началу первичной обмотки одноименными электродами, третий диод, щунтирующий входную цепь дополнительного транзистора , и четвертый диод, включенный между первым зажимом источника питани , с которым соединён второй вывод нагруз1ш, и концом первичной или вторичной обмотки дроссел , причем пол рность включени  четвертого диода встречна  цо отношению к источнику питани , объединенные первые электроды силового и дополнительного транзисторов соединены со вторым зажимом источника питани , а начало вторичной обмотки дроссел  св зано с управл ющим электродом дополнительного транзистора. 2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что св зь начала вторичной обмотки дроссел  с управл ющим электродом дополнительного транзистора осуществлена через реаистивно-диодную цепь, причем указанна  цепь и соединен-. на  с ней последовательно входна  цепь дополнительного транзистора шунтированы дополнительным конденсатооом. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Моин В. С., Лаптев Н. Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи . М., Энерги , 1972, с. 346, рис. 9-18 г.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 729572, кл. Н 05 М 1/56, 1977.

   9

   г7

   Ьк -L

   17

   К т

   -W-f