Самозащищенный транзисторный ключ

) (1 3 К 17/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро автоматизации тяжелого металлорежущего оборудования(56) Авторское свидетельство СССР К 1283960, кл. Н 03 К 17/60, 1987,Машуков Е.В, Транзисторные устоойства коммутации и защиты сетей постоянного тока. Электронная техника в автоматике./Под ред. Ю.И. Конева, вып. 9 - М.: Советское радио, 1977, с, 28, рис. 9.(54) САМОЗАЩИЩЕННЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автономных инверторах. Цель изобретения - по-. вышение КПД самозащищенного транзисторного ключа за счет исключения из силовой цепи датчика тока. Во время открытого состояния транзистора 1 на первый вход компаратора 3 поступает нап ряжение с блока 5 моделирования, а на второй вход - с измерителя 4 напряжения, При увеличении тока в силовой цепи транзистора 1 выше допустимого значения напряжение на втором входе компаратора 3 превышает напряжение на его первом входе. Компаратор 3 вырабатывает сигнал блокировки. Формирователь 2 тока выключает транзистор 1. 3 ил,5 10 15 20 30 35 40 50 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автономных инверторах.Цель изобретения - повышение КПД самозащищенности транзисторного ключа за счет исключения из силовой цепи датчика тока.На фиг. 1 представлена схема самозащищенного транзисторного ключа; на фиг.2 - 3 - диаграммы напряжений и токов, характеризующие работу предлагаемого устройства.Самозащищенный транзисторный ключ содержит силовой транзистор 1, формирователь 2 тока, компаратор 3, измеритель 4 напряжения и блок 5 моделирования, причем выход компаратора 3 подключен к входу блокировки формирователя 2 тока, управляющий вход и выход которого соединены соответственно с входной шиной 6 и базой силового транзистора 1, коллектор и эмиттер которого подключены соответственно к первой и второй выходным шинам 7 и 8,вход блока 5 моделирования соединен с входной шиной 6, а выход - с первым входом компаратора 3, второй вход которого подключен к выходу измерителя 4 напряжения, первый и второй входы которого соединены соответственно с коллектором и эмиттером силового транзистора 1,На фиг. 1 приведен также пример выполнения блока 5 моделирования процесса включения силового транзистора 1, в состав которого входят элемент 9 задержки, ключ 10, конденсатор 11, резистор 12 и источник 13 ЗДС смещения, При использовании ненасыщенного режима работы силового транзистора 1 он может иметь дополнительные связи с формирователем 2 тока (фиг. 1).Самозащищенный транзисторный ключ работает следующим образом. В исхоцном состоянии на управляющий вход формирователя 2 тока поступает напряжение Ох, уровень которого соответствует уровню логической единицы, При этом с выхода формирователя 2 тока к базе силового транзистора 1 прикладывается отрицательное напряжение относительно эмиттера и силовой транзистор 1 заперт. На его коллекторе присутствует высокое напряжение относительно эмиттера, а ток коллектора равен нулю, Выходное напряжение измерителя 4 напряжения, пропорциональное напряжению на коллекторе силового транзистора 1, поступает на второй вход компаратора 3. Напряжение Овх с входной шины 6 поступает также на вход блока 5 моделирования. При этом ключ 10 включен и конденсатор 11 заряжен до разности между напряжением положительной шины "+" питания и ЭДС Е источника 13 смещения. Напряжение положительной обкладки конденсатора 11, являющееся выходным напряжением О блока 5 моделирования, прикладывается к первому входу компаратора 3, Коэффициент передачи измерителя 4 напряжения выбран таким, что в исходном состоянии напряжение Ом на первом входе компаратора 3 больше, чем напряжение О на втором входе (фиг. 2). При этом уровень сигнала Оь на выходе компаратора 3 соответствует логическому нулю. Т,е. воздействие управляющего сигнала Овх на управляющий вход формирователя 2 тока не блокировано, и силовой транзистор 1 может быть включен. При переходе в момент то сигнала Овх из состояния "1" в состояние "0" к базе силового транзистора 1 прикладывается положительное напряжение и в его коллекторе начинает нарастать ток. Темп нарастания коллекторного тока определяется задаваемым формирователем 2 тока темпом нарастания тока базы. Напряжение на коллекторе силового транзистора 1 и сигнал Ок измерителя 4 напряжения при этом остаются постоянными или незначительно уменьшаются, В блоке 5 моделирования выключение ключа 10 задержано с помощью элемента 9 задержки на время 1 д, относительно отрицательного фронта сигнала Оя. Поэтому напряжение на первом входе компаратора 3 в течение времени тзад остается постоянным. По окончании рассасывания носителей в обратном диоде, шунтирующем нагрузку(не показаны), в момент 11 ток коллектора перестает нарастать и становится равным току нагрузки 1 н. Напряжение на коллекторе силового транзистора 1 уменьшается до величины примерно равной падению напряжения от тока 1 н нагрузки на динамическом сопротивлении коллекторного слоя в момент т. Пропорционально уменьшается и выходное напряжение О измерителя 4 напряжения до величины 01, Время задержки тзад выбирается большим, чем расчетное время 11, поэтому после спада коллекторного напряжения силового транзистора 1 и сигнала Ок по истечении времени задержки 1 эад ключ 10 выключается и конденсатор 11 разряжается на резистор 12. При этом выходное напряжение блока 5 моделирования снижается, в данном примере реализации, по экспоненте, приближенно моделируя процесс безаварийного включения силового транзистора по напряжению, С течением времени сопротивление коллекторного слоя уменьшается, и напряжение на коллекторе силового транзистора 1 также уменьшается, достигнув к моменту времени 12 установившегося значения. ЭДС Есм источ-, 1598151ника 13 смещения выбирается такой, чтобы в установившемся режиме при включенном силовом транзисторе 1 соблюдалось условие ОкОц, В момент времени тэ входной сигнал на входной шине 6 принимает эначе ние "1". При этом к базе силового транзистора 1 прикладывается отрицательное напряжение и по окончании процессов рассасывания напряжение на коллекторе силового транзистора 1 возрастает, а ток 10 коллектора спадает до нуля. Ключ 10 включается по положительному фронту сигнала Овх без задержки, и конденсатор 11 заряжается до исходного напряжения. Из фиг. 2 видно, что при безаварийном режиме на грузки напряжение Ом на первом входе компаратора 3 всегда выше, чем напряжение Ок на втором входе. Следовательно, выходной сигнал компаратора 3 всегда находится в состоянии "0" и не влияет на работу форми рователя 2 тока. Если в цепи нагрузки возникло короткое замыкание (фиг. 3), то при включении силового транзистора 1 в момент Ь ток в его коллекторе продолжает нарастать и по истечении расчетного време ни О, и по истечении времени задержки тээд.Поэтому при 1 ьзд напряжение на коллекторе силового транзистора 1 уменьшается незначительно или вовсе не уменьшается. По истечении времени тд ключ 10 выключается, 30 . и напряжение на первом входе компаратора 3 начинает уменьшаться, В момент тг на входах компаратора 3 становится Ок Ом и выходной сигнал компаратора 3 принимает значение "1". При этом независимо от уров ня сигнала Овх к базе силового транзистора 1 прикладывается отрицательное напряжение. Ток в коллекторе силового транзистора 1 снадаетдо нуля, т.е. предотвращается развитие аварии. В момент (з по отрицательному фронту сигнала Овх ключ 10 включается, и сигнал О начинает нарастать. В момент И становится ОО, и выходной сигнал Обл компаратора 3 принимает значение "0".Предлагаемый транзисторный ключ снова готов к включению силового транзистора 1,КПД предлагаемого самозащищенного транзисторного ключа выше, чем у известных за счет исключения из силовой цепи датчика тока. Формула изобретения Самозащищенный транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, формирователь тока и компаратор, выход которого подключен к входу блокировки формирователя тока, управляющий вход и выход которого соединены соответственно с входной шиной и базой силового транзистора, коллектор и змиттер которого подключены соответственно к первой и второй выходным шинам, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью повышения КПД, введен измеритель напряжения и блок моделирования, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу измерителя напряжения, первый и второй входы которого соединены соответственно с коллектором и змиттером силового транзистора,08Составитель Д.Ивановактор В.Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор С,Шекма Заказ 3070 Тираж 670 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин