Транзисторный ключ

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Н 4 Н 03 К 17/6 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВУ МУ СВИ АВТО 2 цс ванотоянруеость, равна ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГННТ СССР(71) Научно-исследовательский итут физики кондецсироваццых среЕреванского государственного уверситета(57) Изобретение относится к элротехнике и может быть использов ключевых преобразователях посного тока в переменный с регулимой выходной мощностью методом 801506536 А 1 ротцо-импульсной модуляции. Цель изобретения - повышение КПД. Для достижения цели в устройство введены трансформатор 10 тока, резистор 5 и диод 8. Устройство содержит также генераторы 11, 12 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 13, трансформаторы 2, 3, силовой 1 и вспомогательный 9 транзисторы, резистор 4, диоды 6, 7 . Использование трансформа тора 10 тока и способ его подключения позволяют осуществить регенеративный характер процесса включения силового транзистора 1, а также такой режим работы вспомогательного транзистора 9, при котором мощи рассеиваемая на его коллекторе, нулю, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к ключевым преобразователям постоянного тока в переменный с регулируемой выходноймощностью широтно-импульсной модуляции.Цель изобретения - повышение КПД,На фиг.1 представлена схема транзисторного ключа; на фиг.2 - временные диаграммы работы,Устройство содержит силовой транзистор 1, первый и второй трансформаторы 2 и 3, первый и второй резисторы 4 и 5, первьп,второй и третий 15диоды 6-8, вспомогательцьп транзистор 9, трансформатор 10 тока, первьпи второй генераторы 11 и 12 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 13. 20Коллектор транзистора 1 соединенс шиной 14 питания и катодом диода6, анод которого соединен с эмиттером транзистора 9, коллектор которого подключен к базе транзистора 1и первым выводам резисторов 4 и 5 идиодов 7 и 8, вторые выводы резистора 4 и диода 7 объединены и подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 2, вторые выводы резистора 5 и диода 8 объединеныи подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 3, вторые выводы вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 объединены и подключены к общей шине 15, первичныеобмотки трансформаторов 2 и 3 подключены к выходам генераторов 11и 12 соответственно. Первичная обмотка трансформатора 10 включена между 10эмиттером транзистора 1 и общей шиной 15, первый вывод вторичной обмотки трансформатора 10 соединен с эмиттером транзистора 9, второй выводс общей шиной 15, а средняя точка ,5вторичной обмотки - с базой транзистора 9. фаэосдвигающий узел 13включен между генераторами 11 и 12.Устройство работает следующимобразом. 50Генераторы 11 и 12 вырабатываютпрямоугольные биполярные симметричные импульсы, сдвинутые один относительно другого на некоторый фазовый угол, определяемый мощностью,раэ виваемой в нагрузке транзистором 1и задаваемый фазосдвигающим узлом 13,(фиг. 2 а, б), Как следует иэ приведенных временных диаграмм, силовой транзистор 1 может быть возбужден токами через резисторы 4 и 5 только в промежутке времени, когда на вторичных обмотках обоих трансформаторов 2 ц 3 имеются напряжения положительной полярности (цтервал ,-С ) отцосительцо общс.й точки их соедиценл, Б интервале времени (Г,-Г ), когда полярность напряже - ция вторичной обмотки трансформатора 2 отрицательна, а напряжение вторичной обмотки трансФорматора 3 имеет положительную полярность относительно общей точк 1 с, к базе транзистора 1 прикладывается напряжение отрицательного смещения через диод 7, равное напряжению ца вторичной обмоткс трансформатора 2, за вычетом падения напряжения ца диоде 7, Последцпй - ходится в проводящем ссетояциц током через резистор 5. Аналогичным образом, в интервале времени, ко:да напряжение ца вторичной обмотке трансформатора 3 имсзет отрицательную, а ца вторичной обмотке трансформатора попожительную полярность (Г -), отпирается диод 8 током через резистор 4, а напряжение ца вторичной об.отке трансформатор. 3 прцкладыьается к базе транзистора 1 в виде отри цательного смещения. В интервалевремени, когда напряжение ца вторичных обмотках обоих трансформаторов 2 и 3 имеет отрицательную полярность (з-.), к база в эмиттерцо переходу транзистора 1 прикладывается отрицательное напряжение через диоды 7 и Ь, по которым протекает обратный ток база-эмиттерного перехода транзистора 1, причем распределение этого тока по диодам 7 и 8 в зависимости от разбросов параметров самих диодов и напряжений вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 не имс.ет значения,Таким образом, силовой транзистор 1 может находиться в открытом состояния только в промежутке времени М=ь.-г, Средний ток через транзистор 1, следовательно и средняя мощность, развиваемая в нагрузке, подключенной последовательно с транзистором 1, определяются указанным интервалом времени. В частности, при нагрузке в виде омичес кого сопротивления мощность Р , рас сецваемая в ней, определяется ццтервалом открытого состояния транзистор ного ключэ следующим образом:1 )б 531 Р = 1 1,т, Д 1.н1 Т и( (з +)магд 1/матч где и 30ми 35 40 где 1 - амплитуда импульса гока через транзистор 1,Т - период переключения ключа,1 и - величина соцрогцвпецянагрузкивремя открытого состояния транзистора 1.Изменяя Л 1. при постоянном Т, можно изменять Р .Регулировдцие Р. мсн н толом широтцо-импульсной модуляции в этом и заключается. 1 змецецце ицтернапд досуществляетсн узлом 13.В промежутке времени (с,-с,), когда напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 2, 3 положительны относительно выводов,соединенных между собой, в базу транзисторапоступает ток, равный сумме токов через резисторыи 5. Ответвление указанного тока через коппекторцый переход транзистора 9, смещенного в прямом цацрдвпеции, це происходит, так как индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора 10, входящей в цепь базы транзистора 9, намного больше индуктивного сопротивления срвичной обмотки трансформатора О тока, входящего в цепь миттерд тра гцтора 1. Ток базы тра гистора 1 выбирается из расчета обеспечецил такого минимального значения тока коллектора, прикотором происходит регсцердтивноеотпирание силового транзистора 1.Регенердтинцый характер отпираниясилового транзистора 1 обусловленположительной обратной связью черезтрансформатор 10 тока. В течениевремени, когда через силовой транзистор 1 протекает ток, на вторичнойобмотке трансформатора 10 тока устанавливается определенное значениенапряжения, задаваемое база-эмиттерным переходом транзистора 9. Напряжение между средней точкой и вторымвыводом втор ичной обмотки трансформатора 10 тока выбрано равным максимальному значению напряжения прямого смещения база-эмиттерного перехода силового транзистора 1, с темчтобы напряжение между коллектороми базой транзистора 9 в открытомсостоянии поддерживалось приблизительно равным нулю. С целью уменьшения коммутационных потерь в силовом т 1 ъдцзисторе утем понышснцн обыстродействия последний охцдчсццепицейцой отрицательной обратой 5связью. Указанная отрццательцдн обратная связь действует в течениевремени, когда силовой транзистороткрыт, и осуществляется с помошювспомогательного транзистора 9 и дцо О да 7. 11 оследций поддерживается воткрытом состоянии некоторым избытком тока вторичцой обмотки трансформатора 10 тока по отношению к цеобходимому зцачению тока базы силового транзистора 1, задаваемому соот.ветствующим выбором коэффициентатрансформации трансформатора 1 О тока, а именно должцо,выполцятьсн ус- ловие отношение полного числа витков вторичной обмотки к числу витков первичцой обмоткитрансформатора 10 тока,минимальный коэффициент усиления по току силового транзистора 1 в схеме с общимэмиттером;минимдльный коэффициент усиления по току вспомогательного транзистора 9 в схеме собщей базой;отношение количества витковнижней части к количествувитков верхней части вторичной обмотки трансформатора 1 Отока, равное отношению напряжения на базе силового транзисторапри его открытомсостоянии к напряжению прямого смещения база-эмиттерного перехода вспомогательного транзистора 9.45В течение времени, когда полярность напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 3 илина одном из них имеет отрицательное значение, через соответствующий диод 7 или 8 это напряжениеприкладывается к база-эмиттерномупереходу силового транзистора 1,запирая его,Напряжения на вторичных обмотках55трансформаторов 2 и 3 выбраны близкими к максимально допустимому зндчению направления обратного смещениябаза-эмиттерного перехода силового1506536 25 Формула изобретения Транзисторный ключ, содержащий силовой и вспомогательный транзисторы, первый и второй диоды, два трансформатора, первый резистор, два генератора прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фаэосдвигающий узел, которьй включен 30 Фиг г50Составитель Г.ТерешинаРедактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец Заказ 5446/55 Тираж 884 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 транзистора 1 с целью надежного запирания последнего.Использование трансформатора 10 тока и способ его подключения поэво 5 ляют осуществить регенератинньй характер процесса включения силоного транзистора 1, а также такой режим вспомогательного транзистора 9 (О0 где Ц - напряжение меж ду коллектором и базой транзистора 9), при котором мощность, рассеиваемая на его коллекторе, равна нулю, Указанные обстоятельства приводят к уменьшению на порядок мощности уп равления транзисторным ключом по сравнению с известным устройс"твом при ранных значениях коммутируемого тока в цепи силового транзистора. Уменьшение мощности управления и 20 мощности потерь в цепях управления транзисторным ключом приводит к повышению КПД и облегчению конструкции транзисторного ключа. между генераторами прямоугольныхсимметричных импульсов напряжения,к выходам которых подключены перничные обмотки трансформаторон соответственпо, коллектор силового транзистора соединен с шиной питания икатодом первого диода, база - с первыми выводами перного резистора ивторого диода, вторые выводы которыхподключены к первому выводу вторичной обмотки первого трансформатора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения И 1 Д, введены трансформатор тока, второй резистор итретий диод, первые выводы которыхподключены к базе силового транзистора, вторые выводы - к первому выводу вторичной обмотки нторого трансформатора, вторые выводы вторичныхобмоток первого и второго трансформаторон объединены и подключены кобщей шине, первичная обмотка трансформатора тока включена между эмиттером силового транзистора и общейшиной, эмиттер вспомогательного транзистора соединен с анодом первогодиода и первым выводом вторичнойобмотки трансформатора тока, второйвывод которой подключен к общей шине,а средняя точка - к базе вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен к базе силового транзистора.