Транзисторный ключ

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН10517. со ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический светотехнический институт(54) (57) 1. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ,держащий силовой транзистор, блокуправления, накопительный диод, первый электрод которого соединен с коллектором транзистора, о т л и ч а -ю щ и й с я тем что, с целью повышения КПЛ и надежности, в неговведены трансформатор тока и ограни 3(50 Н 03 К 17/60(/Н 02 читель напряжения, причем первая обмотка трансФорматора тока включена последовательно в цепь нагрузки ключа, вторая обмотка одним концом., соединена с вторым электродом накопительного диода, другим - с эмиттером транзистора, а третья обмотка подключена к ограничителю напряжения2. Ключ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что ограничительения выполнен в виде диодного со стабилитроном, включенным роне постоянного тока.3. Ключ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста с параллельно включенными резистором и конденсатором на стороне постоянного тока.4. Ключ по п. 1, о т л и ч а -щ и й с я тем, что ограничитель пряжения выполнен в виде диодного моста, подключенного со стороны постоянного тока к источнику питания транзисторного ключа.1 О 20 1 О 81Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствамдля преобразования постоянного напряжения в переменное посредствоминверторов на транзисторных ключах.Для снижения динамических потерьмощность, рассеиваемых при выключении силового транзистора, применяются К-Сцепочки, включенные параллельно транзистору 11 .Недостаток этого решения состоитв ограниченности частотного диапазона определяемом временем, необходимымдля оерезаряда конденсатора,Известны также устройства, в которых параллельно транзистору подключается при выключении накопительный диод, время восстановления обратного сопротивления которого превышает время выключения транзистора.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является транзисторный ключ, содержащий силовойтранзистор, блок управления, накопи"тельный диод, первый электрод которо го соединен с коллектором транзистора,а второй электрод через резистор,шунтированный возвратным диодом,подключен к низковольтному вспомогательному источнику напряжения 2,Наличие в известном транзисторном ключе вспомогательного источниканапряжения приводит как к усложнениюсхемы, так и к снижению КПД ключа засчет активных потерь в резисторе.35Кроме того, время восстановлениянакопительного диода нестабильно иявляется Функцией тока нагрузкиключа. Так в режимах изменяющейсянагрузки может не выполняться условие40превышения времени восстановленияобратного сопротивления накопительного диода над временем выключениятранзистора, и схема ограниченияперестает работать, что приводит к45. снижению надежности ключа. Целью изобретения является повышение КПД и надежности.Поставленная цель достигается; Г тем, что в транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор с блоком управления и накопительный диод, соединенный первым электродом с коллектором транзистора, введены трансформатор тока и ограничитель напряже ния, причем первая обмотка трансформатора тока включена последовательно в нагрузочную цепь ключа, вторая 79 бобмотка одним концом соединена с вторым электродом накопительного диода, другим - с эмиттером транзистора, а третья обмотка подключена к ограничителю напряжения.В качестве ограничителя может быть использован диодный мост, нагруженный на стабилитрон, резистор, шунтированный конденсатором или на цепь питания ключа.На Фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого ключа; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы; на фиг.3-5- варианты схем тр анзи сторно го ключа с различным выполнением блока ограничения; на Фиг. 6 - пример использования ключа в схеме полумостового инвертора.Электрическая схема ключа (фиг. 1) содержит силовой транзистор 1, блок 2 управления и накопительный диод 3, трансформатор 4 тока с обмотками 5-7 и ограничитель 8 напряжения. Причем обмотка 5 трансформатора 4 тока включена последовательно в нагрузочную цепь ключа, обмотка б одним концом соединена с анодом накопительного диода 3, другим - с эмиттером транзистора 1, а обмотка 7 подключена к ограничителю 8 напряжения.Бо время открытого состояния транзистора 1 (интервал времени 1-С, Фиг. 2 а) схема работает аналогично известной с той лишь разницей, что ток через накопительный диод 3 обеспечивается трансформатором тока 4. Очевидно, что при этом форма тока через накопительный диод 3 определяется характером нагрузки ключа и соответствует величине тока нагрузки в масштабе, определенном коэАфициентом трансформации трансформатора 4 (нагрузка принята активно-индуктивная фиг, 2). Через коллектор транзистора 1 течет суммарный ток накопительного диода 3 и ток нагрузки. Напряжение на открытом транзисторе 1 равно напряжению его насыщения 11 . При подаче запирающегокэ носимпульса ток коллектора падает с постоянной времени выключения транзистора 1 (интервал С -С,Фиг. 2), Ток нагрузки начинает протекать по насыщенному накопительному диоду 3, в базе которого находится значительный избыточный заряд неосновных носите796 4жения подключены цепи, состоящиеиз двух последовательно соединенныхконденсаторов 13 и 4, образующихемкостной делитель напряжения, двух15 и 1последовательно соединенных ди одови 6 обратного тока и двух последовательно соединенных силовыхтранзисторов 7 и 18. Нагрузка подключается к точкам соединенияи двухконденсаторов и соединенных между собой средних точек диодов и транзисторов. Управление транзисторами ос -У ществляется блоком 19 управления.Для уменьшения потерь на выключениев транзисторах инвертора в его схему введены накопительные диоды 20 и 21 ттрансФорматор 22 тока с обмотками 23-26 и ограничитель 27 напряжения.П рименение предлагаемого устройства позволит уменьшить общие потери мощности в ключе в 1,5-2 раза посравнению с известной схемой за счетнесколько меньшего напряжения ограничения. Кроме того, упрощается схемаключа, так как нет необходимостив дополнительном источнике напряжения, что особенно существенно в реальных схемах инверторов, использующих два и более ключей. Одновременно благодаря наличию трансформаторнойположительной обратной связи между током коллектора и током накопительного диода исключается их Функциональная зависимость, что позволяет повысить надежность транзисторного ключа. 25 3 1 ОВ 1 лей. Ток диода 3 при этом изменяет полярность. Для создания пути нротекания тока через трансформатор 4 параллельно его обмотке 7 подключен ограничитель 8 напряжения.В т ечение времени-С , которое6 опее ., яр д ляется вр .енем рассасывания избыточных носителей в области базы диода 3, на коллекторе закрывающегося транзистора 1 поддерживается ловпо с О тоянное напряжение, определяемое коэффициентом трансформации трансформатора 4 тока и напряжением ограничения ограничителя 8,Ограничитель напряжения может быть выполнен в виде диодного моста со стабилитроном на стороне постоянного тока либо в виде диодного моста, подключенного со стороны постоянного тока к источнику питания тран О зисторного ключа, либо в виде диод- ного моста с параллельно выключенными резистором и конденсатором на стороне постоянного тока.В качестве ограничителя может быть применен диодный мост 9 со стабилитроном 10 на стороне постодиодныи мост янного тока (Фиг. 3) дио9 с параллельно включенными резистором 11 и конденсатором 12 на сто- щ роне постоянного тока (Фиг. 4), диодный мост 9, подключенный со стороны постоянного тока к источнику питания транзисторного ключа 1 (фиг. 5).В полумостовом инверторе напря 35 жения к источнику постоянного напря