Транзисторный ключ

(5)5 ГОСУДАРСТВЕН.ЗЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 1320890, кл. Н 03 К 17/60, 1987.Бузыкин С,Г. Пути повышения надежности силовых транзисторных ключей ИВЭП. - Высокоэффективные источники питания и системы вторичного электропитания РЭА. М,: МДНТП, 1986, с. 50. рис.б.АНЗИСТОРН ЫЙ КЛЮЧ(5 обретение относится к импульсной т е и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения. Цель изобретения - повышение быстродействия транзисторного ключа путем уменьшения времени его выключения. В процессе отпирания транзисторов 1 и 2 напряжение на коллекторе транзистора 1 уменьшается, Когда оно становится меньше, чем напряжение, до которого заряжен конденсатор 6, отпирается диод 12. Образуется цепь для протекания дополнительного тока разряда конденсатора 6: верхняя обкладка конденсатора 6, диод 12, резистор 13, открытые транзисторы 1 и 2, резистор 14, Б-Э переход транзистора 2, диод 11, нижняя обкладка конденсатора 6. Разряд конденсатора 6 создает эффект нелинейной отрицательной обратной связи по току базы, охватываю- Б щий обатранзистора 1 и 2 ключа, 2 ил.1 Г12 р = Б.1 с. Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение преимущественно в преобразователях постоянного напряжения в постоянное и в импульсных модуляторах, а также в устройствах реверсивного электропривода постоянного тока,Цель изобретсния - увеличение быстродействия,На фиг,1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого транзисторного ключа, на фиг.2 - временные р анаграммы, поясняющие его работу.Транзисторный ключ (фиг,1) содержит первый 1 и второй 2 силовые транзисторы, вспомогательный источник 3 питания, ограничитель 4 тока (например, в виде резистора), первый диод 5, первый резистор 6 и конденсатор 7, Имеются первая 8 и вторая 9 выходные шины, второй 10, третий 11 и четвертый 12 диоды, а также второй 13 и третий 14 резисторы и управляющая шина 15.При этом первый вывод конденсатора 7 соединен непосредственно с катодом диода 5, с первым выводом резистора б и через ограничитель 4 тока с анодом диода 5 и базой транзистора 1, Его эмиттер подключен к коллектору транзистора 2, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом источника 3 и шиной 8. Коллектор транзистора 1 подключен к шине 9. Второй вывод конденсатора 7 соединен с анодом диода 10 и катодом диода 11. Коллектор транзистора 1 подключен через резистор 13катоду диода 12, анод которого соединен с первым выводом резистора б, второй вывод которого подключен к положительному выводу источника 3. Его отрицательный вывод соединен с катодом диода 10 и чере, резистор 14 - с базой транзистора 2, анодом диода 11 и с управляющей шиной 15,Транзистор 1 выбирается высоковольтным с "толстой" базой и поэтому он имеет большое время включения и увеличенное время выключения Коэффициент передачи Ь 21 э по току в схеме с ОЭ у него мал,Транзистор 2 выбирается низковольтным и поэтому имеет большую величину Ь 21 э, а также меньшие времена включения и выключения, чем у транзистора 1,Транзисторный ключ работает следующим образом,В исходном состоянии в интервалах между импульсами управляющего тока 1 Б транзисторы 1 и 2 заперты, диоды 5.11 и 12 также заперты Конденсатор 7 дозаряжается токомо по цепи; положительный полюс источника 3 - резистор б - конденсатор 7 - диод 10 отрицагельный полюс источника 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 3 (фиг,2, а, в), Напряжение Е на коллекторе запертого транзистора 1 имеет максимальную величину (фиг,2 б), В момент Т поступления положительного импульса 1 управляющего тока от шины 15 на базу транзистора 2 он отпирается, При этом начинается протекание тока 1 от источника 3 через резистор 4. база-эмиттерный переход транзистора 1 и открытый транзистор 2 (фиг,2 г). При этом диод 5 заперт, а емкость его р-и перехода выполняет функцию элемента, форсирующего отпирание транзистора 1.Одновременно начинается разряд конденсатора 7 токомс по цепи: верхний вывод конденсатора 7 - резистор 4 - база-эмиттерный переход транзистора 1 -и- открытый транзистор 2-резистор 14 - диод 11 - нижняя Обкладка конденсатора 7. Диод 10 при этом заперт, Токи 1; и 1 с протекают через база-эмиттерный переход транзистора 1 в одном и том же направлении, Токи 15 и 1 с через база-эмиттерный переход транзистора 2 протекают в противоположных направлениях. В результате во время формирования фронта выходного напряжения через база-эмиттерный переход транзистора 1 протекает результирующий суммарный ток 1 р =1+ 1 с, а через база-эмиттерный переход транзистора 2 протекает результирующий ток ЖВ этих условиях обеспечивается ускорение процесса включения высоковольтного транзистора 1, обладающего меньшей величиной Ь 21 э, что дает некоторое уменьшение времени включения и сокращение длительности фронта.В процессе отпирания транзисторов 1 и 2 (формирование фронта выходного напряжения) напряжение Е на коллекторе транзистора 1 уменьшается. В момент, когда это напряжение становится меньшим, чем напряжение Е 1, до которого заряжен конденсатор 7, происходи отпирание диода 12 (фиг,2 б), При этом образуется дополнительная цепь для протекания дополнительного тока 1 разряда конденсагора 7: верхняя обкладка конденсатора 7 - диод 12 - резистор 13 - открытые транзисторы 1 и 2 - резистор 14, зашунтированный база-эмиттерным переходом транзистора 2 - диод 1- нижняя обкладка конденсатора 7, Диод 10 при этом по-прежнему заперт. Протекание тока 11 приводит к уменьшению тока базы транзистоРа 1 до значениЯ 1 Бт = 11+ 1 с - 1 (фиг.2 а), а ток базы транэистоар 2 уменьшается до величины Б 2 =11+ 1 с -11, У Обоих тРанзиСто 1706033ров в результате протекания тока 1 т уменьшается степень насыщения (при одном и том же значении тока нагрузки), что способствует уменьшению времени рассасывания в момент окончания импульса 1 с 5. Разряд конденсатора 7 создает, таким образом, эффект нелинейной отрицательной обратной связи по току базы, охватывающий оба транзистора ключа. Если возникает тенденция увеличения степени насыщения транзисторов 1 и/или 2 (например, вследствие повышения температуры окружающей среды), то остаточное напряжение на ключе Е 1 ос (фиг,2 б) стремится к уменьшению, а это приводит к увеличению составляющей тока 17 разряда конденсатора 7. Соответственно, токи беэ 1 Б и 1 Б 2 уменьшаются; уменьшается как степень насыщения обоих транзисторов ключа, так и время выключения. Глубина создающейся таким образом отрицательной обратной связи может устанавливаться выбором сопротивления резистора 13.В момент Т 2, когда импульс 15 тока управления заканчивается (фиг.2 а), низковольтный транзистор 2 быстро переходит в запертое состояние и путь для протекания тока эмиттера у высоковольтного транзистора 1 разрывается. При этом аналогично прототипу ток рассасывания, обеспечивающий ускоренное выключение транзистора 1, протекает через диод 5, конденсатор 7 и диод 10.Положительный технический эффект от использования предлагаемого транзисторного ключа состоит в уменьшении времени его выключения, что позволяет повысить быстродействие (в частности, возможно повышение рабочей частоты). При использова 10 15 20 25 30 35 ао нии ключа в составе, например, преобразователя постоянного напряжения в постоянное, путем повышения частоты может быть уменьшен уровень пульсаций выходного напряжения; могут быть также уменьшены габариты и масса устройства,Формула изобретения Транзисторный ключ, содержащий первый и второй силовые транзисторы, вспомогательный источник питания, ограничитель тока, первый диод, первый резистор и конденсатор, первый вывод которого соединен непосредственно с катодом первого диода, с первым выводом первого резистора и через ограничитель тока с анодом первого диода и базой первого транзистора, змиттер которого подключен к коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом вспомогательного источника питания и первой выходной шиной, коллектор первого транзистора подключен к второй выходной шине, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, введены второй, третий и четвертый диоды, второй и третий резисторы, причем второй вывод конденсатора соединен с анодом второго диода и катодом третьего диода, коллектор первого транзистора подключен через второй резистор к катоду четвертого диода, анод которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого подключен к положительному выводу вспомога ельного источника питания, отрицательный вывод которого соединен с катодом второго диода и через третий резистор - с базой второго транзистора, анодом третьего диода и управляющей шиной.1706033 орректор М.Пожо М.Келем еда акаэ 204 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101