Полупроводниковый ключ

57) Изобретой технике зовательныхаэначения,строиствах обенно для но в преобра различного н коммутации а грузок. Цель КПД и быстрод устройство в , .р 22. Устрой тивно-индукт изобретения ействия. Для ных наповыШе ние того ва 18, 2оставнои едены три диотво содержит ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3963108/24-2114,10.8523.03.87. Бюл, Ф 11Е.В. Машуков, В.В, СергеевПузанов621.382(088.8)Авторское свидетельство СССР1796, кл. Н 03 К 17/60, 23,03,84тарское свидетельство СССР1716, кл, Н 03 К 17/60, 30,10.83 54 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЛЮЧ ие относится к импульс может быть использоватранзистор 1, выполненный на двухтранзисторах 2 и 3 одного типа проводимости, усилитель 7 мощности,выполненный на двух транзисторах 8и 9 разного типа проводимости, резисторы 5, 6, 11 и 12, диоды 4, 17,пороговый элемент 20, выполненный напоследовательно соединенных диодах.На чертеже также показаны клеммыподключения устройства: первая клемма 13 отпирающего источника напряжения, первая 14 и вторая 16 клеммы запирающего источника напряжения, выходная клемма 19 устройства, общаяшина 15. Введение в устройство дополнительных диодов с новыми связями Япозволяет осуществить регулированиевходного тока составного транзистора,рекуперацию энергии в отпирающий источник напряжения, что и приводит кдостижению поставленной цели. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в качестве силового ключа в преобразовательных устройствах различного назначения, в частности для коммутации 5 активно-индуктивной нагрузки при изменении тока через ключ и коэффициента заполнения в широком диапазоне.Цель изобретения - повышение КПД и быстродействия ключа.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема полупроводникового ключа.Полупроводниковый ключ содержит составной транзистор 1, выполненный на двух транзисторах 2 и 3, например п-р-п-проводимости, между базами которых включен первый диод 4, а па-раллельно эмиттерным переходам подключены первый 5 и второй б резисторы, усилитель 7 мощности, состоящий из первого транзистора 8 и-р-и проводимости и второго транзистора 9 р-п-р-проводимости, Базы транзисто ров 8 и 9 подключены к входной клемме 10, эмиттеры соединены с базой составного транзистора 1, а коллекторы через третий 11 и четвертый 12 резисторы подключены к положительной (второй) клемме 13 отпирающего и отрицательной (второй) клемме 14 запирающего источников напряжения. Отрицательная клемма отпирающего источника напряжения и эмиттер составного транзистора 1 соединены с общей35 шиной 15, а положительная (первая) клемма 16 запирающего источника напряжения подключена через второй 17 и третий 18 диоды к коллектору сос тавного транзистора 1 и выходной клемме 19, а также через пороговый элемент 20, выполненный, например, в виде последовательно включенных диодов, - к общей шине 15, причем к точ ке соединения диодов 17 и 18 подключены катод четвертого диода 21 и анод пятого диода 22. Анод диода 21 соединен с базами транзисторов 8 и 9, а катод диода 22 подключен к положительной клемме 13 отпирающего источника напряжения.1Полупроводниковый ключ работает следующим образом,При отрицательном сигнале на входной клемме 10 транзистор 8 заперт, транзистор 9 открыт, отрицательным смещением на эмиттерном переходе заперт составной транзистор 1. Ключ разомкнут.При поступлении положительногосигнала на входную клемму 10 запирается транзистор 9, транзистор 8 насыщается и обеспечивает форсированное включение составного транзистора1 (в начальный момент включения диоды 17 и 21 заперты высоким напряжением на коллекторе составного транзистора 1), Ток нагрузки начинаетпротекать по цепи: выходная клемма19 - цепь коллектор-эмиттер составного транзистора 1 - общая шина 15.По окончании процесса включения составного транзистора 1 его напряжение коллектор-эмиттер уменьшается донапряжения насыщения, и часть тока,поступающего на входную клемму 10,начинает протекать через последовательно включенные диоды 17 и 21, приэтом в широком диапазоне тока черезключ входной ток составного транзистора 1 поддерживается пропорциональным току нагрузки, и степень насыщениясоставного транзистора 1 (а также еговремя рассасывания при поступлениизапирающего сигнала на входную клемму 10) возрастает с увеличением тока нагрузки; в диоде 17 накапливается заряд неосновных носителей (в качестве диода 17 используется диффузионный диод с большим временем рассасывания, например, типа КД 210 илиКД 202).Таким образом, в открытом состоянии ключа достигается повышение КНДпо сравнению с ключом по известнойсхеме за счет регулирования входноготока составного транзистора 1, чтоодновременно способствует повышениюбыстродействия эа счет уменьшениястепени насыщения составного транзистора 1. Кроме того, протекающий через диоды 17 и 21 ток, необходимыйдля обеспечения регулирования входного тока составного транзистора 1,одновременно вызывает накоплениезаряда неосновных носителей в диоде 17,При поступлении отрицательногосигнала на входную клемму 10 транзистор 8 закрывается, открываетсятранзистор 9, и от запирающего источника напряжения протекает ток поцепи: клемма 16 - диод 18 - диод 17 -коллекторный переход составного транзистора 1 - цепь эмиттер - коллектортранзистора 9 - резистор 12 - клемма 14. При этом происходит импульсное накопление заряда неосновных носителей в диоде 17, активно рассасываются избыточные носители в 5 коллекторной области составного транзистора 1 и последний выходит из области насыщЕния Увеличение напряжения коллектор - эмиттер составного транзистора 1 приводит к запиранию диода 18, и ток от запирающего источника напряжения протекает по цепи; клемма 16 " пороговый элемент 20 - эмиттерный переход транзистора 3 - параллельно включенные эмиттерный переход транзистора 2 и диод 4 - цепь эмиттер - коллектор транзистора 9 - резистор 12 - клемма 14, вызывая активное запирание составного транзистора 1. Напряжение коллектор - 20 эмиттер составного транзистора 1 увеличивается до напряжения, приблизительно равного сумме напряжения отпирающего источника и прямого напряжения диода 22, и остается практически постоянным до окончания рассасывания заряда неосновных носителей в диоде 17. В это время коллекторный ток.составного транзистора 1 спадает, а.ток нагрузки протекает по цепи: выходная клемма 19 - диод 17 - диод 22 - клемма 13 - общая шина 15. После окончания рассасывания заряда в диоде 17 нагрузка отключается.Увеличение времени рассасывания составного транзистора 1 с ростом тока нагрузки вызывает пропорциональное увеличение заряда в диоде 17, что способствует эффективной работе ключа в широком диапазоне тока нагрузки.1 Напряжение срабатывания порогового элемента 20, выполненного в виде 45 последовательно включенных диодов, должно превышать суммарное прямое на пряжение диодов 17 и 18, поэтому необходимо, чтобы число последовательно включенных диодов в пороговом эле менте 20 превышало два, также можно в качестве порогового элемента 20 использовать низковольтный стабилитрон.Для надежной работы ключа необходимо в качестве диодов 18, 21 и 22 использовать диоды с малым временем восстановления, например, типа КД 212 или КД 213Кроме того, импульсное накопление заряда в диоде 17 производится током от запирающего источника напряжения, а рекуперация энергии во время рассасывания заряда в диоде 17 происходит в отпирающий источник напряжения, что дополнительно повышает эффективность ключа, поскольку напряжение отпирающего источника, как правило, превышает напряжение запирающего источника.Фо 1 умула изобретения1. Полупроводниковый ключ, содержащий усилитель мощности, выполненный на первом и втором транзисторах разной проводимости, базы которых подключены к входной клемме, а эмиттеры соединены между собой, отпирающий и запирающий источники напряжения, первая клемма отпирающего источника напряжения соединена с общей шиной, составной транзистор, состоящий из третьего и четвертого транзисторов одной проводимости и первого диода, эмиттер третьего транзистора соединен с анодом первого диода и с базой четвертого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а коллектор соединен с выходной клеммой и с коллектором третьего транзистора, база которого соединена с катодом первого диода, второй диод и пороговый элемент, аноды которых соединены с первой клеммой запирающего источника напряжения, а катод порогового элемента соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения КПД и быстродействия, введены третий, четвертый и пятый диоды, первый, второй, третий и четвертый резисторы, причем первый резистор подключен параллельно эмиттерному переходу третьего транзистора, второй резистор подключен параллельно эмиттерному переходу четвертого транзистора, коллектор первого транзистора через третий резистор подключен к второй клемме отпирающего источника напряжения и к катоду пятого диода, анод которого подключен к точке соединения катодов второго и четвертого диодов и анода третьего диода, катод которого соединен с коллектором составного транзистора, анод четвертого диода подключен к/ Заказ 897/58 . . Тираж 902 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 базам первого и второго транзисторов,коллектор второго транзистора черезчетвертый резистор соединен с второйклеммой запирающего источника напряжения, база составного транзистора соединена с эмиттерами первого и второго транзисторов.2, Ключ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что пороговый эле мент выполнен в виде стабилитрона.