Транзисторный ключ

юзно т о1984. лектроано во итанияКПДС ляет какй то ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится ктехнике и может быть использвторичных источниках электроЦель изобретения - повышениеловой транзистор (СТ)Упратрансформатором тока, причемвключающий, так и выключающи базы СТ 1 обеспечивается трансфор тором 3. Первоначальный запуск СТ происходит от сравнительно большого по величине пускового резистора, дальнейшее функционирование СТ 1 происходит за счет энергии, трансформируемой из трансформатора тока, Соответствующее включение элементов схемы дает возможность без значительных энергетических затрат обеспечить надежное включение СТ 1 при малых токах коллектора, когда трансформатор тока еще не может обеспечить достаточную трансформацию из-за конечной величины индуктивности его намагнйчивания. В схеме предусмотрена независимая регулировка параметров, необходимых для оптимизации энергетических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.С:Изобретение относится к электротехнике, а именно к транзисторным ключам, предназначенным для коммутации силовой нагрузки, например, индуктивного характера.Цель изобретения - повышение КПД транзисторного ключа и повышение надежности его работы при любых величинах нагрузки - от минимальной до мак- О симальной.На фиг.1 приведена схема транзисторного ключа; на фиг.2 - выключаю-, щая цепь, пример выполнения.Транзисторный ключ (фиг.1) содержит силовой транзистор 1, в коллекторную цепь кЬторого включены первичная обмотка 2 трансформатора 3 тока, выходной трансформатор и источник питания Е,. Параллельно коллектору и 20яэмиттеру транзистора 1 подключена демпфирующая цепь 4, служащая для формирования области безопасной работы этого транзистора. База силового транзистора соединена с эмиттером 25 включающего транзистора 5, через за - щитный диод 6 - с общим полюсом источника питания Еи с концом выключающей обмотки 7 трансформатора 3 тока, начало которой через выключающий 30 диод 8 подключено к коллектору выключающего транзистора 9, Коллектор включающего транзистора 5 через пусковой резистор 1 О соединен с потенциальным полюсом +Еисточника питания и через диод 11 с началом включающей обмотки 2 трансформатора 3 тока, конец которой подключен к эмиттеру выключающего транзистора 9, эмиттеру силового транзистора 1 и общему 40 полюсу источника питания Е . К началу включающей обмотки 2 трансформатора 3 и эмиттеру транзистора 1 подключена цепь размагничивания трансформатора 3 тока, состоящая из резис тора 12 и диода 13. Коллектор включающего транзистора 5 соединен также с первым выводом последовательной КС-цепи 14, состоящей из ограничивающего резистора 15 и накопительного конденсатора 16, второй вывод которой соединен с эмиттером транзистора 1.КС-цепь 14 может быть выполнена следующим образом (фиг,2).55Последовательно с резистором 15 и конденсатором 16 включена параллельная цепь, :остоящая из двух ветвеи: диодов 17 и 8 и резисторов 19 и О,включенных между собой последовательно.Транзисторный ключ (фиг.1) работает следующим образом.Рассмотрим пусковой режим схемыпри начальном включении напряженияЕ, Предположим, что до момента времени появления Е на схему подаютсяимпульсы синхронизации П ци 1 ,После подачи Еначинает заряжатьсяконденсатор 16 цепи 14. Несмотря нато, что импульсы 11открывают включающий транзистор 5, напряжения нацепи 14 недостаточно для открываниясилового транзистора 1 и на подхватывание положительной обратной связиобмоток трансформатора 3 токаВеличина пускового резистора 10 достаточно велика, чтобы не ухудшать в значительной степени энергетическую эффективность транзисторного ключа. Попрошествии времени, определяемогопостоянной времени цепи конденсатора16 и резисторов 10 и 15, напряжениена конденсаторе 16, а следовательно,и на цепи 4 становится достаточнымдля открывания силового транзистора1 при открытом включающем транзисторе 5. Конденсатор 16 начинает разряжаться.Транзистор 1 входит в линейный оежим, и включается в действие положительная обратная связь трансформатора 3 тока, Транзистор 1 полностьюоткрывается и входит в насыщение.Далее он остается в этом положениив течение времени, пока открыт включающий транзистор 5.После запирания транзистора 5 разряд конденсатора 1 б цепи 14 прекращается, Транзистор 1 остается открытым и насыщенным в силу инерционности рассасывания избыточных зарядовиэ его полупроводниковой структуры.Одновременно из-за появления сигналаУ ,включается выключающий транзистор 9, подключающий обмотку 7 к базесилового транзистора 1 и подающий внее ток обратной полярности (рассасывающий ток). Начинается этап рассасывания зарядов,В это же время при условии, чточисло витков обмотки 7 больше числавитков обмотки 2, т.е. когда величина рассасывающего тока больше величины ранее существовавшего прямого тока (это выполняется на практике прииспользовании высоковольтных и дос 480112таточно инерционных транзисторов),конденсатор 16 цепи 4 начинает заряжаться от обмотки 2, напряжение нанем начинает увеличиваться на этаперассасывания зарядов.,Ток заряда конденсатора 16 определяется соотношением чисел витковобмоток трансформатора 3 тока, а также ограничивается резистором 15 цепи 14, Ограничение тока заряда конденсатора 16 требуется для того, чтобы нормировать тдк, отбираемый отприведенного рассасывающего тока обмотки (обратного тока базы транзистора 1) на заряд конденсатора 16. Уменьшение рассасывающего тока за счетего ответвления в конденсатор 16 может быть скомпенсировано уменьшениемчисла витков обмотки 7, т,е. увеличением тока, протекающего по ней.Несмотря на то, что время рассасывания зарядов достаточно мало посравнению с длительностью периодапереключения ключа, этого времени 25вполне достаточно для заряда конденсатора 16 до требуемого напряжения,Необходимый подбор может быть осуществлен увеличением числа витков обмотки 2. Одновременно с зарядом емкости от обмотки 7 осуществляетсязаряд конденсатора 16 через пусковойрезистор 10.По прошествии времени рассасывания заряд конденсатора 16 прекращает 35ся и до поступления импульса Б еконденсатор 16 остается заряженным,до своего амплитудного значения. Таким образом, к моменту прихода импульса Б , конденсатор 16, а следовательно, и цепь 14 оказываются подбольшим напряжением, чем они былик началу времени появления импульсанавык . Определенную, хотя и не определяющую РОль играет и заряд конденсатора от пускового резистора 10.После поступления импульса Б , конденсатор 16 разряжается через открытый транзистор 5 в базу транзисторавызывая его форсированное отпирание. Величина тока базы транзистора1 ограничивается и выбирается требуемой резистором 15 цепи 14,Выбором величины резистора 15 ивеличины напряжения на цепи 14 можнодостигнуть уверенного и надежноговключения транзистора 1 в режимепрерывистых токов нагрузки, т.е, тогда, когда в начальный момент действия импульса Б ток коллекторатранзистора 1 еще не успел достигнуть величины, достаточной для подхватывания положительной обратнойсвязи трансформатора 3 тока,Следовательно, осуществляетсяуменьшение тока через пусковой резистор 10, так как энергия, необходимаядля надежного открывания силовоготранзистора 1, в основном потребляется путем трансформации напряжения иэпервичной токовой цепи коллектора вцепь питания включающего транзистора.Одновременно с этим, так как трансформация напряжения всегда более выгодна, чем преобразование его величины на активных резисторах, обеспечивается минимум потерь энергии схемыдаже для увеличения длительности тока через включающий транзистор и егоамплитуды.Параллельные цепи 17,19 и 18,20,введенные в КС-цепь 4 (фиг.2), даютвозможность обеспечивать независимуюрегулировку токов заряда конденсатора 16 (тока, отбираемого от рассасывающего тока базы транзистора 1) иразряда его (тока включения транзистора 1) для надежного подхватыванияположительной обратной связи трансформатора 3. Этим достигается возможность для оптимизации временных и токовых характеристик схемы транзисторного ключа при его практической реализации при имеющихся ограничениях.Следовательно, это позволяет путем независимой регулировки элементами 17-20 получить наиболее эффективные параметры транзисторного ключапри значительном диапазоне изменениятока нагрузки, технологических изменениях характеристик транзисторов, атакже получить меньшие габаритытрансформатора тока.Таким образом, в схеме транзисторного ключа за счет трансформацииэнергии трансформатором тока из первичной цепи в цепь управления силовым транзистором достигается как повышение КПД, так и повышенная надежность работы транзисторного ключа вшироком диапазоне токов нагрузки,включая режимы прерывистых и непрерывных токов нагрузки,Включение КС-цепи (фиг.2) даетвозможность также расширить функциональные возможности применения транзисторного ключа в более эффективных1480112 Формула изобретенияСоставитель 11,ЦишевскаРедактор А. Г ежнин а Техред М, Ходаич орректор Н.Гунь 2557/55 Тираж 8Государственного комитет113 П 35, Москва,85 по и Ж, ак1 ИИПИ Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб., д. 4/5 Производств,.нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 электронных устройствах автоматики,где требуется более высокое быстродействие, надежность и эффективностьн условиях широкого изменения различных дестабилизирующих факторов,5 1. Транзисторный ключ, содержащий 10 включающий и выключающий траэисторы и силовой транзистор, подключенный коллектором к выходному выводу через первичную обмотку трансформатора тока, включающая обмотка которого сое динена началом через прямо включенный включающий диод с коллектором включающего транзистора, подключенным через пусковой резистор к потен - циальному полюсу источника питания, 20 конец включающей обмотки соединен с эмиттером силового транзистора и эмиттером выключающего транзистора, коллектор которого через обратно у включенный выключающий диод соединен с началом выключающей обмотки трансформатора тока, концом соединенной с базой силового транзистора и эмиттером включаюпего транзистора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпнения КПД, в него введены включающая цепь, подключенная между коллектором включающего транзистора и эмиттером силового транзистора.2. Ключ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что выключающая цепь выполнена из последовательно соединенных ограничительного резистора и накопительного конденсатора.3. Ключ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что выключающая цепь выполнена из последовательно соединенных ограничительного резистора, накопительного конденсатора и двух цепочек из последовательно соединенных диода и резистора, подключенных встречно в параллель.