Транзисторный ключ

(51)4 Н 03 К 17/6 ГОСУД ПО ДЕ РЕТЕНИ О 3 ьеви ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к областиимпульсной техники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения, где требуются высокие быстродействие и КПД. Цельизобретения - расширение функциональных возможностей. Транзисторный ключсодержит трансформатор 1, силовойтранзистор 5, дроссель.б насыщения,включенный своей первичной обмоткой последовательно с диодом 3 нелинейной обратной связи между базовой и коллекторной цепями силового транзистора 5, диод 4, резистор 11 нагрузки и управляемое сопротивление, состоящее из полевого транзистора 8, в цепи затвора которого включен ЬС- фильтр на конденсаторе 9 и дросселе 10, и включенное между одним из выводов вторичной обмотки дросселя 6 и змиттером силового транзистора 5.Автоматическое регулирование времени намагничивания сердечника дросселя 6 осуществляется путем измененияел сопротивления сток-исток полевого Я транзистора 8 и таким образом скорости изменения тока, протекающего во вторичной оемотке дросселя 6. 1 ил.10 15 м 20 25 30 40 Изобретение относится к импульсной технике, в частности к бесконтактным коммутирующим устройствам,и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения,где требуется высокое быстродействиекоммутаторов и высокий КПД,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейза счет управления временем насьццения в зависимости от частоты и длительности управляющего сигнала.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема транзисторного ключа.Транзисторный ключ содержит согласующий трансформатор 1, ограничительный резистор 2, диод 3 нелинейнойобратной связи, диод 4, силовой транзистор 5, дроссель 6 насьпцения, управляемое сопротивление 7, выполненное на полевом транзисторе 8, и БСфильтр на конденсаторе 9 и,дросселе10, резистор 11 нагрузки, шины источника 12 управляющих импульсови источника 13 питания, причем первичная обмотка согласующего трансформатора подключена к источнику 12 управляющих импульсов. Один из концоввторичной обмотки подключен к вторым концам первичной и вторичной обмоток 14 и 15 дросселя насьпцения 6 ичерез базовый диод 4 к базе силовоготранзистора 5, коллектор которого через резистор 11 нагрузки подключенк положительной шине источника 13 питания, а эмиттер к отрицательной шине источника 13 питания, к истоку полевого транзистора 8, через конденсатор 9 к его затвору, а также черезограничивающий резистор 2 к второмуконцу вторичной обмотки согласующеготрансформатора 1, который через дроссель 1 О подключен к затвору полевоготранзистора 8, сток полевого транзистора подключен к первому, концу вторичной обмотки 15 дросселя 6 насыщения, а первый конец первичной обмотки 14 дросселя 6 насьпцения черездиод 3 нелинейной обратной связи подключен к коллектору силового транзистора 5.Транзисторный ключ работает следующим образом,Предположим, что до момента времени С сердечник дросселя 6 насыщения за счет действия вторичной обмотки находится в размагниченном сос тоянии. В момент времени Со на вторичной обмотке согласующего трансформатора 1 появляется управляющее напряжение с амплитудой полярности, указанной на чертеже беэ скобок.Транзистор 5 начинает отпираться и через некоторое время задержки, величина которого определяется частотными свойствами транзистора, переходит в состояние глубокого насьпцения, С момента Со начинается намагничивание сердечника дросселя 6 насыщения до состояния положительного насыщения (+ВБ), где ВБ - индукция насыщения материала сердечника дросселя 6 насыщения, через сопротивление сток-исток В с, открытого небольшим отрицательным смещением на затворе полевого транзистора 8.Напряжение У э является выходным напряжением сглаживающего фильтра, образованного конденсатором 9 и дросселем 10, и предназначенным для выделения постоянной составляющей напряжения, падающего на ограничительном резисторе 2 и имеющего вид однополярных прямоугольных импульсов эа счет протекания базового тока Тсилового транзистора 5.В момент времени С, сердечник дросселя 6 насыщения насыщается, индуктивное сопротивление первичнойобмотки 14 падает, диод 3 нелинейной обратной связи отпирается, и начинает действовать цепь нелинейной отрицательной обратной связи по току. В результате действия отрицательной обратной связи ток базы транзистора 5 уменьшается, а рабочая точка транзистора оказывается в активной области на границе насьпценияВ интервале времени С - Сблагодаря действию отрицательной обратной связи по току величина тока базы транзистора 5 автоматически поддерживается такой, что транзистор находится на границе активной области и области насьпцения.В таком режиме схема находится до момента времени, когда на базетранзистора 5 появляется запирающеенапряжение с полярностью, указаннойна чертеже в скобках, Так как в результате действия обратной связитранзистор 5 к моменту С находится на границе активного режима и режима насыщения, то при появлении запирающего сигнала уменьшение коллек3162 3 44торного тока начинается в тот же момент времени. Вследствие этого времявыключения транзистора 5 уменьшаетсяпо сравнению с насыщенным режимом работы, в котором моменту начала снижения коллекторного тока предшествуетинтервал рассасывания неосновных носителей в базе.После запирания транзистора 5 сердечник дросселя 6 насыщения размагничивается из состояния +ВБ до нулячерез открытый транзистор 8,В момент времени С 3 напряжениемежду стоком и истоком полевоготранзистора 8 становится равным нулю и он закрывается, С этого моментавремени до прихода следующего отпирающего управляющего импульса сердечник дросселя 6 насыщения находится вразмагниченном состоянии, между стоком и истоком полевого транзистора 8приложено обратное напряжение, аэнергия, записанная в сглаживающемфильтре (конденсатор 9, дроссель 1 О),рассеивается на ограничительном резисторе 2, который в этом интервалевремени играет роль разрядного сопротивления.В данкой схеме присутствует зависимость между временем намагничивания сердечника дросселя насьпцения идлительностью импульсов управлениясиловым транзистором, что при работеустройства выглядит следующим образом,При изменении длительности импульсов управления изменяется среднеезначение падения напряжекия на резисторе 2, которое выделяется сглаживающим Фильтром и поступает ка затвор полевого транзистора Я.Так как полевой транзистор находится в активном режиме, что обусловлено соответствующим выбором сопротивления ограничительного резистора 2, то изменение напряжения ка егоуправляющем входе относительно истока изменяет величину тока стока транзистора, которая на интервале Со - С,равна величине тока вторичной обмотки дросселя насыщения, а следовательно, и сопротивлению участка сток-исток полевого транзистора, которое через ток стока влияет на время намагничивания. Таким образом, в предлагаемом устройстве имеется возможность автоматически регулироватьвремя намагничивания сердечника дрос 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 селя насыщения в зависимости от длительности управляющих импульсов. Длятого, чтобы предлагаемое устройствоработало эффективно при любых длительностях импульсов управления наего входе, необходимо, чтобы длительность интервала времени С О - С,равнялась бы длительности импульсаза вычетом величины длительностиинтервала С, - С, не зависящей отдлительности импульсов. Тогда прилюбых Снамагничивание сердечникабудет заканчиваться как раз за времяС, - Сперед выключением силовоготранзистора, и транзистор 5 всегдабудет находиться на границе областинасыщения перед приходом запирающегоимпульса, т.е. время рассасывания неосновных носителей в его базе будетпрактически отсутствовать,Для эффективной работы устройства должно выполняться несколько условий, исходя из которых также выбираются параметры управляемого сопротивления.1, Во время закрытого состояниясилового транзистора сердечник дросселя насыщения должен успеть раэмагнититься до куля. В противном случаево время действия следующего отпирающего импульса сердечник дросселя насыщения насытится раньше, чем этотребуется (время намагничивания С О 1уменьшается), и положительные свойства предлагаемого транзисторного ключа утрачиваются.2. Ток стока 1, протекающий вовторичной обмотке дросселя.6 насыще-.ния, после его насыщения долженбить гораздо меньше базового токат силового транзистора 5, т,е.Х (Т. Это необходимо для того,чтобы падение напряжения на ограничительном резисторе 2 из-за протекания этого тока не влияло бы на величину среднего значения напряжения карезисторе 2 даже при минимальной длительности импульса,3. Ток Хс, протекающий во вторичной обмотке дросселя насыщения послеего насьпцения, должен быть больше,чем ток, необходимый для насьпцениясердечника. Это необходимо чтобы вообще можно было осуществить насыщение сердечника дросселя 6 насыщенияПри однозначно определенных параметрах управляемого сопротивления 7и параметрах дросселя насыщения предЗаказ 6395/54 Тираж 929 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 пагаемое устройство может эффективно работать при изменении длительности импульсов управления на его входе от и мин дои макс ф5Наличие в схеме транзисторного ключа управляемого сопротивления 7 позволяет автоматически регулировать время намагничивания сердечника дросселя 6 насыщения при изменении длительности импульсов управления,При этом время рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора здесь практически отсутствует и за счет того, что переводтранзистора на границу режима насыщения производится непосредственно перед выключением силового транзистора,потери мощности на открытом ключеостаются такими же, как в известномустройстве,Полезный результат, заключающийсяв уменьшении потерь мощности, рассеиваемой на силовом транзисторе в открытом состоянии, получаемый в известной схеме в определенном диапазоне длительностей импульсов управления при ручной регулировке переменного резистора в зависимости от длительности импульсов управления, достигается в устройстве при условии автоматической регулировки управляемого сопротивления, что и обуславливает расширение Функциональных возможностейпод которым понимается воз 35можность использования устройства вкачестве регулирующего элемента в импульсных стабилизаторах постоянногонапряжения или в инверторах различных преобразовательных устройств. Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, эмиттер - коллекторный переход которого включен последовательно с шинами источника питания и резистором нагрузки, база через прямовключенный диод соединена с первыми выводами первичной и вторичной обмоток дросселя насыщения, второй вывод первичной обмотки дросселя насыщения через диод нелинейной обратной связи подключен к коллектору силового транзистора, согласующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к шинам источника управляющих импульсов, вторичная обмотка первым выводом соединена с первым выводом ограничительного резистора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет управления временем насыщения в зависимости от частоты и длительности управляющего сигнала, введены полевой транзистор и ЬС-Фильтр, причем исток полевого транзистора соединен с эмиттером силового транзистора, вторым выводом ограничительного резистора и через конденсатор ЬС-фильтра с затвором, который через дроссель ЬС-фильтра соединен с первым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом вторичной обмотки дросселя насьпцения, второй вывод которой соединен со стоком полевого транзистора.