Транзисторный ключ

(50 4 ЗК 1760 ТВЕННЫЙ КОМИТЕТРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯ СССР ГОСУДПО ИЗОПРИ ГКНТ САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВУ ся к импульк бескон вторичныхизобретенияощности -К АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свидетельство СССРР 1091343, кл. Н 03 К 17/60, 1983Авторское свидетельство СССРУ 1226590, кл. Н 02 М 3/3351984(прототип),(54) тРАнзистоРный ключ (57) Изобретение относи ной технике, в частност тактным коммутаторам дл источников питания. Цел уменьшение рассеиваемой.достигается эа счет задержки нарастания на эмиттер-коллекторном переходе силового транзистора 1 напряжейия на время, равное времени выхода его иэ насыщения при выключении. Транзисторный ключ содержит силовой и вспомогательный транзисторы 1 и 12, входной трансформатор 2, узел 22 гальванической развязки, узлы 7 и 11 задержки нарастания тока и напряжения, управ- ляемый формирователь импульсов в виде одновибратора 18. В зависимости от тока нагрузки меняется длитель" ность формируемых импульсов одновибратором 18, которые управляют вспомогательным транзистором, обеспечивающим задержку нарастания напряжения. 6 1 з.п.ф-лы, 2 ил.145011Изобретение относится к импульс-. ной технике и предназначено для использования при коммутации значительных по величине токов, в частностиисточниках вторичного электропита" б ния.Цель изобретения - уменьшение расСеиваемой мощности.На фиг.1 представлена принципиальМая электрическая схема предложенного 10 1 ранзисторного ключа; на фиг.2 - вре" менные диаграммы сигналов, нллюстриующие его работу.Транзисторный ключ содержит силоой транзистор 1, входной трансфоратор 2 с первичной, вторичной, перой и второй дополнительными вторич" ыми обмотками 3-6 соответственно, узел 7 задержки нарастания тока с росселем 8, токоограничительным ре истором 9 и демпфирующим диодом 10, узел 11 задержки нарастания напряжеия с вспомогательным транзистором 12 и управляемым ключевым элементом 13 на транзисторе, зашунтированном братно включенным разделительным диодом 14, выпрямитель 15, первый и Второй сглаживающие, например конденСаторные, фильтры 16 и 17, управляемый Формирователь импульсов в виде 30 одновибратора 18 на транзисторах 19 и 20 с дополнительным транзистором 21, узел 22 гальванической, например, Оптронной развязки. Кроме того, имеются вывбды 23 и 24 для подключения источника управляющих импульсов и выводы 25 и 26.для подключения коммугируемой цепи, а также дополнительный реэистивный делитель 27 в одновибра" торе, 40Коллектор силового транзистора 1 соединен с выводом 25, а эмиттер-базовый переход - с цепью вторичной обмотки 4 входного трансформатора 2, Соединенного первичной обмоткой 3 с 45 Выводами 23 и 24. Узел 7 задержки нарастания тока включен между эмиттером силового транзистора 1 и выводом 26, прй этом дроссель 8 зашунтирован последовательно соединенными токоограничительным резистором 9 и обратно включенным демпфирующим диодом 10. .миттер-коллекторный переход вспомо.гательного транзистора 12 включен йараллельно эмиттер-коллекторному пе 55 1 еходу силового транзистора 1, а эмит- тер-базовый переход чЕрез маломощный управляемый ключевой элемент 13 - с цепью первой дополнительной вторичной 02 2обмотки 5 входного трансформатора 2.Выпрямитель 15 и сглаживающий фильтр16 подключены последовательно к дополнительной вторичной обмотке 6 входного трансформатора 2, Вход сглаживающего фильтра 17 соединен с выводамитокоограничительного резистора 9.Шины питания одновибратора 18 подключенык выходным выводам сглаживающего фильтра 16, один из которых соединен с выводом 26, пусковой вход - к цепи второй дополнительной вторичной обмоткиб входного трансформатора 2, управляющий вход - к выходу сглаживающегоФильтра 17, а выход через узел 22оптронной развязки - к управляющемувходу управляемого ключевого элемента 13.В одновибраторе 18 в качестве резистивного времязадающего элементаиспользован эмиттер-коллекторный переход дополнительного транзистора 21с проводимостью, противоположной проводимости основных транзисторов 19 и20При этом эмиттер-базовый переходдополнительного транзистора 21 соединен с цепью управляющего входа одновибратора 18 через дополнительныйрезистивный делитель 27,Устройство работает следующим образом.В процессе управления силовымтранзистором 1 на обмотках 3-6 входного трансформатора 2 присутствуютпрямоугольные импульсы Б-И,(фиг,2 а),длительность Гкоторых соответствует заданному времени открытого состояния транзисторного ключа. На интервале времени -узел 7 задержкинарастания тока обеспечивает продолжение бестоковой паузы, благодарячему исключаются потери мощности насиловом транзисторе 1 при его включении. Накопленная в дросселе 8 энергияотводится через токоограничительныйрезистор 9 и демпфирующий диод 10.При этом на выходе сглаживающегофильтра 17 формируется постоянное напряжение, величина которого пропорциональна протекающему в коммутируемой цепи току 1, фиг.2 в).Основные динамические потери мощ"ности для силового транзистора 1 относятся, к интервалу его выключенияс -й, складывающемуся из времениспада тока , и времени рассасыванияизбыточных носителей в базе При отсутствии задержки нарастания напря"жения П, на эмиттер-коллекторном пе1450102 Формула зреходе силового транзистора 1,(пунктирная линия, фиг.2 в) последний рассеивает весьма значительную мощность, что предопределяет снижение КПЦ ключа и увеличение габаритов теплоотвода. Предложенное изобретение обеспечивает задержку нарастания напряжения Б , причем с четко выраженными границами, длительность, оптимальную для текущего токового режима силового транзистора 1.По заднему фронту управляющего импульса, т.е. в момент времени Сэ, осуществляется пуск одновибратора 18 с формированием импульса П, (фиг.2 б), Время квазиустойчивого со" стояния одновибратора. 18, определяющее длительность Г р, (фиг.2 б) открытого состояния вспрмогательного20 транзистора 12, соответствует степени открытия транзистора 21, которая зависит от напряжения на выходе сглаживающего фильтра 17, пропорционального току 1. 2 б Количество избыточных носителей в базе силового транзистора 1 и время их рассасывания после его выключения обратно пропорциональны току 1,. Точно такая же зависимость имеет место и между временем квазиустойчивого состояния одновибратора 18 и напряжения на выходе сглаживающего фильтра 17. Таким образом, вспомогательный транзистор 12, открываясь, 35 шунтирует эмиттер-коллекторный переход силового транзистора 1 и обеспечивает задержку нарастания напряжения П на время Г упр. г, строго равное в каждом конкретном случае вре-. 40 мени рассасывания "Г , избыточных носителей в базе силового транзисторра 1. В результате практически ис-. ключаются потери мощности при выключении последнего. Кроме того, устра- бб няется избыточность в длительности формируемой задержки, что позволяет раширить диапазон регулирования скваж" ности управляющих импульсов. бОПреднамеренно вводимое отклонение ( р) времени открытого состояния . транзисторного ключа от заданного (укр) в системах автоматического регулирования, например в импульсных стабилизирующих источниках питания, не имеет принципиального значения, поскольку отрабатывается по компенсационному методу. 4изобретения 1, Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом коммутируемой цепи, эмиттер-базовый переход - с цепью первой вторичной обмотки входного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам источника управляющих импульсов, узел задержки нарастания тока, включенный между эмиттером силового транзистора и вторым выводом коммутируемой цепи, выполненный в виде дросселя, шунтированного последовательно соединенными токоограничительным резистором и обратно включенным диодом, узел задержки нарастания напряжения, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения рассеиваемой мощности, введены выпрямитель, два сглаживающих фильтра, управляемый формирователь импульсов в виде одновибратора, узел гальванической развязки и две дополнительные вторичные обмотки входного трансформатора, а узел задержки нарастания напряжения выполнен в виде вспомогательного транзистора и управляемого ключевого элемента, шунтированного обратно включенным разделительным диодом, причем эмиттер-кол.-" лекторный переход вспомогательного транзистора включен параллельно эмиттер-коллекторному переходу силового транзистора, эмиттер-базовый переход через управляемый ключевой элемент - с цепью первой дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, выпрямитель и первый сглаживающий фильтр соединены последовательно свыводами второй дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, вход второго сглаживакнцего фильтра соединен с выводами токоограничительного резистора, шины питания одновибратора подключены к выходным выводам первого сглаживающегофильтра, один из которых соединен с вторым выводом коммутируемой цепи, пусковой вход одновибратора подключен к цепи второй дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, управляющий вход - к выходу второго сглаживающего фильтра, а выход одно- вибратора через узел гальванической развязки - к управлякнцему входу управляемого ключевого элемента.2. Ключ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что одновибратор1450102 М 8,иг.8 орректор О.Кравцовааказ 6975/54 Тираж 929 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 СССР 4 е предприятие, г. У иэводственно-полиграфич ул. Проек выполнен на двух транзисторах одного типа проводимости и третьем транэисоре другого типа проводимости, прием базовая цепь первого транзистора оединена с пусковым входом одновибфатора, кодлекторная цепь второго транзистора - с выходом одновибратоСоставитель Л.Б едактор Г.Волкова Техред М.Дидыкра, эмиттер-коллекторный переход третьего транзистора включен в базовую времязадающую цепь второго транзистора, а базовая цепь третьего транзистора через резистивный делитель соединена с управляющим входом одновибратора.