Переключающее устройство с переменной структурой

(51)4 Н 03 К 17 оматике1982,ЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РУКТУРОЙтение относится к ммутационной техни использоваго в кач ча в системах авт улирования. Цель и Е(57) Изобрпульсной кМожет бытьсилового ключеского ре е. ст зобр Об Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ.кл. Н 03 К 17/56, 04.11.82.Электронная техника в автВып. 13. М,; Радио и связь,с. 205, рис. 1. И 3287278, А 1 тения - повышение КПД и увеличениебыстродействия. Для этого в устройство введены три МДП-транзистора 3,4 и 5, которые совместно с биполярным транзистором 2 ключа образуютдве параллельые коммутирующие цепи,Устройство содержит транзисторныйключ 1, датчик 6 тока, пороговыйэлемент 7, элемент И-НЕ 8, клеммы 11и 14 источника питания, нагрузку 10,сток первого МДП-транзистора 3 соединен с эмиттером биполярного транзистора 2, база которого подключенак истоку второго 4 и стоку третьего5 МДП-транзисторов. На чертеже также показаны: общая шина 12 и управляющая шина 20 устройства, первая9 и вторая 13 выходные клеммы транзисторного ключа, первая 18 и вторая19 управляющие шины транзисторногоключа, 1 ил.Изобретение относится к импульсной коммутационной технике и может быть использовано в качестве силового ключа в системах автоматического регулирования. 5Целью изобретения является повышение КПД и увеличение быстродействия устройства за счет перекоммутации проводящих цепей транзисторного ключа при перегрузках, введения второго управляющего входа ключа и использования коммутирующей цепи для ускорения переключения транзисторного ключа. Цель достигается введением трех МДП-транзисторов, которые совместно с биполярным транзистором ключа образуют две параллельные коммутирующие цепи.На чертеже показана функциональная схема устройства. 20Устройство содержит транзисторныйключ 1, биполярный транзистор 2, первый 3, второй 4 и третий 5 МДП-транзисторы, датчик тока 6, пороговый элемент 7, элемент И-НЕ 8, Коллектор биполярного транзистора 2 соединен со стоком второго МДП-транзистора 4 к подключен к первой выходной клемме 9 транзисторного ключа 1, которая через нагрузку 10 подключена к первой клемме 11 источника питания. Истоки первого 3 и третьего 5 МДП-транзисторов подключены к общей шине 12 устройства и к второй выходной клемме 13 транзисторного ключа, которая че рез датчик 6 соединена с второй клеммдй 14 источника питания. Выход 15 датчика тока 6 подключен к входу 16 порогового элемента 7, выход 17 которого подключен к одному иэ входов 40 элемента И-НЕ 8. Сток первого МДП- транзистора 3 соединен с эмиттером биполярного транзистора 2, база которого подключена к истоку второго 4 и стоку третьего 5 МДП-транзисторов. 45 Выход элемента И-НЕ 8 подключен к первому управляющему входу 18 транзисторного ключа, а объединенные затворы первого 3 и второго 4 МДП-транзисторов соединены с вторым управляющим 50 входом 19 транзисторного ключа 1, который подключен к второму входу элемента И-НЕ 8 и управляющей шине 20 устройства.15Устройство функционирует следующимобразом.В закрытом состоянии ключа на управляющую шину 20 устройства подан нулевой сигнал относительно общей шины 12. Первый 3 и второй 4 МДП-транзисторы при этом закрыты,а третийМДП-транзистор 5 открыт и поддерживает закрытое состояние биполярноготранзистора 2. Коммутирующие цепиобразованные МДП-транзисторами 4, 5и биполярным транзистором ,2, МДПтранзистором 3, разомкнуты, и ток через нагрузку 10 не протекает. Напряжение на датчике тока 6 равно нулю,выходной сигнал порогового устройства7 также равен нулю.В открытом состоянии устройствана управляющую шину 20 подается еди"ничный сигнал, который открывает МДПтранзисторы 3 и 4, и между первой 9и второй 13 выходными клеммами транзисторного ключа 1 образуется токопроводящая цепь, в результате чегоот источника питания через нагрузку10, транзисторный ключ 1, датчик тока 6 протекает ток,Пока величина этого тока не превышает номинальное значение, сигнална выходе 17 порогового элемента 7остается равным нулю и третий МДПтранзистор 5 открыт. Падение напряжения на этом транзисторе таково, чтопереход база-эмиттер биполярноготранзистора 2 закрыт и ток протекаеттолько по цепи, образованной МДПтранзисторами 4 и 5, Потери мощностив ключе, обусловленные падением напряжения на этих МДП-транзисторах притоке меньше номинального, невелики -меньше, чем потери мощности в цепи,образованной биполярным транзистором2 и первым МДП-транзистором 1 притом же самом токе. Один биполярныйтранзистор также имел бы высокое напряжение насыщения с учетом того, чтокоммутируемая цепь высокольтная. Прн включении устройства через открытый третий МДП-транзистор 5 емкость затвор-исток второго МДП- транзистора 4 разряжается, "ранзистор 4 закрывается и ток через нагрузку прекращается.Если при включенном устройстве ток через нагрузку и, следовательно, через датчик превьппает номинальный, происходит изменение структуры ключа. Пороговый элемент 7 вырабатывает единичный сигнал, на выходе элемента И-НЕ 8 вырабатывается нулевой сигнал, который закрывает МДП-транзистор 5, напряжение на базе биполярного тран.ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5Заказ 7728/58 11 роизводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 зистора 2 увеличивается и он отпирается, Ток нагрузки протекает по цепи последовательно соединенных биполярного транзистора 2 и первого МДП- транзистора 3. Эта цепь, несмотря на большие потери мощности, обладает большей нагрузочной способностью. Данный режим реализуется только при перегрузках, например, при включении и в других кратковременных режимах. 10Биполярный транзистор 2 насыщен . из-за большого сопротивления высокоомной коллекторной области, обусловленного высоковольтными р-п переходами, и степень его насыщения увеличивается с увеличением тока.При выключении устройства первый МДП-транзистор 3 закрывается, обрывая цепь для тока эмиттер-база, а третий МДП- транзистор 5 открывается, создавая 20 ниэкоомную цепь для рассасывания носителей из коллекторной области и перехода база-коллектор биполярного транзистора 2. В результате время выключения сокращается.Таким образом, при номинальных токах нагрузки в транзисторном ключе используется экономическая цепь, состоящая из высоковольтного второ 1 го МДП-транзистора 4 и низковольтно го третьего МДН-транзистора 5, При больших токах нагрузки используется цепь биполярного транзистора 2, а при переключении устройства обе цепи взаимодействуют, обеспечивая высо кое быстродействие.Ф о р м у л а изобретенияПереключающее устройство с переменной структурой, содержащее транзисторный ключ, выполненный на биполярном транзисторе, датчик тока, пороговый элемент, элемент И-НЕ, коллектор биполярного транзистора соединенс первой выходной клеммой транзисторного ключа, которая через нагрузку соединена с первой клеммой источника питания, вторая выходная клемматранзисторного ключа через датчиктока подключена к второй клемме источника питания, выход датчика токаподключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с однимиз входов элемента И-НЕ, второй входкоторого соединен с управляющей шиной устройства, а выход - с первымуправляющим входом транзисторногоключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения КПД и увеличения быстродействия,.в транзисторныйключ введены три МДП-транзистора,сток первого МДП-транзистора соединен с эмиттером биполярного транзистора, база которого подключена кистоку второго и стоку третьего МДПтранзисторов, затвор третьего МДПтранзистора подключен к первому управляющему входу транзисторногоключа, а исток соединен с общей шинойустройства, истоком первого МДПтранзистора и второй выходной клем.,мой транзисторного ключа, сток второго МДП-транзистора соединен с коллектором биполярного транзистора,а затворы первого и второго МДП-транзисторов подключены к второму управляющему входу транзисторного ключа,который соединен с управляющей шинойустройства.