Транзисторный ключ

(56) 1. Патент США Кф 4224535,кл. Н 03 К 17/60, 1980.2. Авторское свидетельство СССРВ 805277, кл. С 05 Р 1/56, 1984.(54)(57) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий силовой транзистор, коллектором подключенный к одному из выводов для подключения нагрузки, базой к коллектору запирающего транэистора, эмиттер которого соединен сэмиттером силового транзистора и общей виной питания, компаратор, инвертирующим входом соединенный с выводом для подключения источника опор"ного напряжения, отпирающий трап"зистор, диод и резистор, первым,выводом, соединенный с неинвертирующимвходом компаратора, а база запирающего транзистора связана с управляю 1щим входом, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения КПД цепи управления при одновременном уменьшении времени вцключения, в него введены задающий генератор, широт- но-импульсный модулятор, дополнитель-, ный резистор, дроссель, конденсатор и два дополнительных диода, анодю которых обьединены и .через дополни-. тельный резистор подключены к входной вине питания и второму выводу для подключения нагрузки, а через конденсатор соединены с общей шиной питания и вторым выводом резистора, ка- тод первого дополнительного диода соединен с коллектором силового транзистора, а катод второго дополнительного диода - с неинвертирующимвходом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу широтно-импульсного модулятора, вход . которого соединен с выходом задающего генератора, выход широтно-им- . а пульсного модулятора подключен к базе отпирающего транзистора, эмиттер которого соединен с входной шиной питания, а коллектор через диодс общей шиной питания и через дроссель с базой силового транзистора.и параметрами базовой цепи силовоготранзистора. Длительность паузы между импульсами тока определяетсявеличиной коллектарного тока (глубиной насыщения), выходного транзистора я его параметрами. При уменьшении коллекторного тока времярассасывания увеличивается, при этомсоответственно уменьшается среднеезначение базового тока таким образом,чта остаточное напряжение на коллекторе поддерживается на уровнезаданного опорнога напряжения.Кроме того, в известном транзисторном ключе снижается мощность,затрачиваемая на управление выходным транзистором, однако ее величинаостается на достаточно высоком уровне, значительно превышающем мощность,необходимую для поддержания выходного транзистора в открытом состоянии, а время выключения последнего,несмотря на формированное выключение,имеет большую величину, определяемуювременем рассасывания избыточногоостаточного), базового заряда, которое зависит от величины выходноготока и может достигать длительностиинтервала между отпирающими импульсами тока.Цель изобретения - повышение КПДпри одновременном уменьшении времени выключения,Поставленная цель достигаетсятем, что в транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектором подключенный к одному из выводов для подключения нагрузки,базой к коллектору запирающего транзистора, эмиттер которого соединенс эмиттером силового транзистораи общей шиной питания, компаратор,инвертирующим входом соединенный свыводом для подключения источникаопорного напряжения, отпирающий транзистор, диод и резистор, первым выводом соединенный с неинвертирующим входом компаратора, а база запирающего транзистора связана с управляющим входом, введены задающийгенератор, широтно-импульсный Модудроссель, конденсатор н два дополнительных диода, аноды которых объединены и через дополнительный резистор и второму выводу для подключения нагрузки, а через конденсатор соедине 1 ны с общей шиной питания и вторым10895 б 2Изобретение относится к электротехнике и может быть использована.в ключевых элементах импульсных стабилизаторов постоянного напряженияи статических преобразователях электрической энергии,Известен ключевой элемент с эффективной схемой возбуждения базывыходного транзистора с большой величиной переключаемого тока, содержащий силовой транзистор, база которо"го соединена через последовательно .соединенный дроссель и первый ключевой транзистор с одной шиной питания, а через второй ключевой транзистор - с второй шивой питания1и эмиттером силового транзистора,коллектор которого через нагрузкусвязан с первой шиной питания, кроме того, точка соединения дросселя20н первого ключевого элемента связаначерез подпитывающий диод с второйвиной питания 11,Недостатком указанного элементаявляется большое время выключенияцз-за необходимости задания величины базового тока, гарантирующейполяое включение транзистора примаксимально возможном таке нагрузкии минимальном коэффициенте его усиления. Выполнение указанного требования приводит к тому, что практическисиловой транзистор в открытом состоянии находится в глубоком насыщении.Наиболее близким к предлагаемомуявляется транзисторный ключ, содер- З 5жащий силовой транзистор, коллекторкоторого связан через нагрузкис первой шиной питания, база черезколлекторно-эмиттерный переход запирающего транзистора с змиттером и не Опосредственно с другой Шиной питания,компаратор, инвертирующим входомсвязанный с клеммой для подключенияопорного напряжения, отпирающий транзистор, резистор, первым вывода 4соединенный с неинвертирующим входомкомпаратора, диод н клемму управления, связанную с базой запирающего. транзистора 23.В известном транзисторном ключе 50;осуществляется автоматическая регу" ,лятор, дополнительный резистор,лировка средней величины базовоготока выходного транзистора в зависимости от величины выходного тока,за счет изменения скважности импуль подключены к верхней шине питаниясов тока, подаваемых в базу выходноготранзистора, длительность которыхопределяется величиной резистора,выводом резистора, катод первогодополнительного диода соединен с кол-. лектором силового транзистора, акатод второго дополнительного диода - с неинвертирующим входом компа-:ратора, выход которого подключен куправляющему входу, широтно-импульсного модулятора, вход которогосоединен е выходом задающего генератора, выход широтно-импульсногомодулятора подключен к базе отпираю"щего. транзистора, эмиттер которогосоединен с входной шиной питания,а коллектор через диод - с общейшиной питания и через дроссель с ба" .зой силового транзистора.На чертеже приведена принципиаль- .ная электрическая схема .транзистор ного ключа.Ключ содержит задающий генератор1, подключенный к тактирующемувходу широтно-импульсного модулято-,ра 2; управляющий вход которого подключен)к вьмоду компаратора 3, а выход " к базе ключевого отпирающеготранзистора 4. Эмиттер отпирающеготранзистора 4 подключен к первойшине 5 питания, а его коллектор черездиод 6 связан с второй шиной 7 нитания и через дроссель 8, с базой силового транзистора 9, змиттером подклю-оченного ко второй шине 7 питания.Базо-змиттерный переход силовоготранзистора 9 зашунтироваи коллектор.но"эмиттерным переходом запирающеготранзистора 10, базой подключенного . З 5к управляющей клемме 11, а коллектор транзистора 9 через нагрузку 12.подключен к первой шине 5 питания,и через первый диод 13 диодиой пары14 к аноду второго дйода 15 пары и 40точке соединения дополнительногорезистора 16 и конденсатора 17.Другие выводы резистора 16 и конден":сатора 17 подключены соответствеино к первой 5 и второй 7 шинам, питанйя. Катод диода 15 подключен черезрезистор 18 к второй шине 7 питания:и непосредственно к неинвертирующему входу компаратора 3, инвертирующий вход которого связан с клеммой 19 для подключения опорного напряжения.Транзисторный ключ работает еле"дующим образом.Задающий геиератор тактирует шеротко-импульсный модулятор, который:вырабатывает импульсы управлениявключающим транзистором 4, дпитель 562 ф ность которых пропорциональна сигналу на выходе компаратора 3. В момент включения ток через дроссель равен нулю, ключевой силовой транзистор 9 закрыт, напряжение на его коллекторе велико, диод 13 закрыт. На неинвертирующем входе компаратора напряжение, определяемое соотношением резисторов 16 и 18, максимально и превышает опорное напряжение на его инвертирующем входе и клемме 19. Длительность импульсов включения транзистора 4 максимальна и ток в дросселе и базе силового транзистора 9 нарастает. Когда ток дросселя достигает величины, достаточной Фля полного отпирания силового транзистора 9, напряжение на его колле 1 кторе уменьшается до величины, равной величине опорного напряжения на клемме 19. Процесс устанавливается. Длительность импульсов включения транзистора 4 устанавливается на уровне, необходимом для поддержания тока в дросселе требуемой величины, пропорциональной току нагрузки и коэффициенту усиления силового транзистора 9. При величине опорного напряжения в пределах 0,7-1,5 В силовой транзистор работает в усилительном режиме (не насыщается), его коэффициент усиления по току остается достаточно большим, что обусловливаетоптимальные условия для его выключения. При подаче импульса выключенияна базу выключающего транзистора 1 Опоследний открывается и ток дросселя, минуя базу силового транзистора, за" мыкается через коллекторно-эмиттернцй переход выключающего транзистора 10, :При.этом силовой транзистор 9 мгновенно выключается, так как в его базовой области отсутствует избыточный. заряд и обратное сопротивлейиеколлекторного перехода быстро восстанавливается. Частота импульсов,поступающих на базу включающеготранзистора 4, выбирается в 5-20 развыше частоты переключения силовоготранзистора, а индуктивность дросселя такой, чтобы требуемый ток в нем устанавливался за 5-20 включенийсилового транзистора. Величина емкости конденсатора 17 выбираетсятаким образом, чтобы за время действия импульса выключения напряжение на нем не успевало из1089562 оставитель В,Мос ехред И.Астана едактар А,Власенк орректор А.Зимокосов . аказ 2933 Тираж 842 ПодНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Рауюская наб.,исное иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна Таким образом, в транзисторномключе величина остаточного напряженияна коллекторе силового транзистораподдерживается на уровне заданногоопорного напряжения,Мощность, затрачиваемая в базовой ,цепи силового транзистора на его Включение и выключение, определяется током дросселя и остаточными напрященияии иа базовом переходе силового транзистора, коплекторном переходе вклвчающего и выключающего транзистора,на диоде и активном сопротивлении дросселя.Малое время выключения транзисторного ключа и низкий уровень динамических потерь на фронтах переключения позволяют уменьщить по сравнению с известными суммарные потери мощности на силовом транзисторе при работе на пониженных частотах и успещио использовать его в малогабаритной преобразующей аппаратуре