Транзисторный ключ

( 9) 1)5 Н 03 К 17/60 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ и инор Гв яз(56) Машуков Е,В, и др. Силовые транзисные ключи повышенного напряжения, ЭА. Под ред. Ю.И.Конева. М.: Радио и св1984, вып. 5, с, 183-194.Авторское свидетельство СССРМ 1476604, кл. Н 03 К 17/60, 1987,(54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронным устройствам управления элементами автоматических систем и вторичных источников электропитания. В транзисторный ключ на транзисторах 1, 5, 8 и 13 введены. трансформатор тока с первичной 16 и вторичной 17 обмотками,. выпрямительный 19 и рекуперирующий 18 диоды, что позволило уменьшить падение напряжения на входном транзисторе 5 и его ток коллектора, а также уменьшить потребляемый от источника питания ток за счет более полного использования его напряжения, что позволило повысить КПД транзисторного ключа, 1 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационной технике и электронным устройствам управления элементами автоматических систем, и может быть использовано при построении преобразователей электрической энергии, входящих в состав средств энергопитания., электроприводов и вторичных источников электропитания.Известны схемы транзисторных ключей 1 с нелинейной обратной связью и знакопеременной обратной связью,Недостатками известных ключей являются существенная мощность потерь, выделяющаяся на коллекторе входного 1 транзистора, который регулирует ток базы силового транзистора. Это определено тем, что входной транзистор находится в активном режиме и падение напрякения на его переходе коллектор-эмиттер равно разности между напряжением питания ключа и 2 напряжением на базе силового транзистора. Если же в цепи коллектора входного транзистора включен токоограничительный резистор, то мощность потерь, равная произведению тока базы силового транзистора (он же ток коллектора входного транзистора) на напряжение, равное разнице напряжения питания и напряжения на базе силового транзистора, все равно остается .той же, только перераспределяется между этим резистором и входным транзистором,. Указанные недостатки снижают КПД этих транзисторных ключей,Наиболее близким по технической сущ-, ности,к предлагаемому является транзисторный ключ, содержащий выходной силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выходным выводом, эмиттер соединен с вторым выходным выводом, а к базе подключены первый шунтирующий резис;ор, вторым выводом соединенный с вторым выходным выводом, и эмиттер входного транзистора, коллектор которого подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а к базе подключены второй шунтирующий резистор, вторым выводом соединенный с вторым выходным выводом, анод диода обратной связи, катод которого соединен с.коллектором силового транзистора, и коллектор токостабилизующего транзистора, эмиттер которого соединен с базовой управляющего транзистора и через последовательно включенные первый и второй резисторы, подключен к первой клемме источника питания, вторая клемма которого соединена с вторым выходным выводом, к первой клемме источника питания также подключен эмиттер управляющего транзистора, коллектор которого соединен с базой токостабилизирующего транзистора и через третий резистор - с входом управления и, кроме того, имеющий второйтокостабилизирующий транзистор, рези 5 стивный делитель и токоограничительныйдиод,Недостатком этого ключа также является значительная мощность, рассеиваемаяна коллекторе входного транзистора, что0 снижает КПД ключа. Это обьясняется следующим. Если принять падение на всех р-ипереходах всех транзисторовприблизительно одинаковым и равным Оо,то минимально необходимая для обеспече 5 ния работоспособности схемы величина напряжения источника питания должна бытьне менее 4 О 0 (падения на база-эмиттерныхпереходах силового, входного, токостабилизирующего и управляющего транзисторов).Падение же напряжения на базе силового0 транзистора всего .О 0, таким образом навходном транзисторе и резисторе, включенном в его коллекторную цепь, падает ЗО 0, изто напряжение, умноженное на ток базысилового выходного транзистора, который25 протекает через эти транзистор и резистор,дает мощность потери, которая снижаетКПД ключа. А так как ключи обычно питаются от нестабилизированного напряжения,минимально возможная величина которого30 выбирается из наихудших условий, при номинальных условиях величина напрякенияпитания будет больше 4 О 0 и потери на входном транзисторе его возрастут,Целью изобретения является увеличе 35 ние КПД ключа за счет уменьшения мощности потерь, рассеиваемой на входномтранзисторе и уменьшения мощности, потребляемой от источника питания,Поставленная цель достигается тем, что40 в транзисторный ключ, содеркащий выходной силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выходным выводом,эмиттер соединен с вторым выходным выводом, а к базе подключены первьй шунтиру 45 ющий резистор,. вторым выводомсоединенный с вторым выходным выводом,и эмиттер входного транзистора, к базе которого подключены второй шунтирующийрезистор, вторым выводом соединенный с50 вторым выходным выводоманод диода обратной связи, катод которою соединен сколлектором силового транзистора, и коллектор токостабилизирующего транзистора, змиттер которого соединен с базой55 управляющего транзистора и через последовательно включенныепервый и второйрезисторы подключен первой клемме источника питания., вторая клемма которогосоединена с вторым выходным выводом, кпервой клемме источника питания также подключен эмиттер управляющего транзистора, .коллектор которого соединен с базой токостабилизирующего транзистора и через третий резистор - с входом управления, введены трансформатор тока, рекуперирующий и выпрямительный диоды, причем первичная обмотка трансформатора тока включена между коллектором входного транзистора и точкой соединения первого и второго резисторов, а вторичная обмотка первым выводом подключена к базе выходного силового транзистора, а вторым - к аноду рекуперирующего диода, катод которого соединен с первой клеммой источника питания, и катоду выпрямительного диода, анод которого соединен со вторым выходным выводом.На чертеже приведена электрическая схема предлагаемого транзисторного ключа,Транзисторный ключ содержит выходной силовой транзистор 1, коллектор которого соединен с первым выходным выводом 2, а эмиттер соединен с вторым выходным выводом 3. К базе транзистора 1 подключены первый шунтирующий резистор 4, вторым выводом соединенный с вторым выходным выводом 3, и эмиттер входного транзистора 5, к базе которого подключены второй шунтирующий резистор 6, знод диода 7 обратной связи, катод которого соединен с коллектором силового транзистора 1, и коллектор токостабилизирующего транзистора 8, Эмиттер токостабилизирующего транзистора 8 через последовательно соединенные первый резистор 9 и второй резистор 10 подключен к первой клемме 11 источника питания, Вторая клемма 12 источника питания соединена с вторым выходным выводом 3. К первой клемме 11 источника питания также подключен эмиттер управляющего транзистора 13, база которого соединена с эмиттером транзистора 8, а коллектор подключен к базе транзистора 8, и, через третий резистор 14 - к входу 15 управления. Первичная обмотка 16 трансформатора тока включена между коллектром входного транзистора 5 и точкой соединения резисторов 9 и 10. Вторичная обмотка 17 трансформатора тока первым выводом соединена с базой выходного силового транзистора 1, а вторым подключена к аноду рекуперирующего диода 18, катод которого соединен с первой клеммой 11, источника питания, и катоду выпрямитель- ного диода 19, анод которого соединен с вторым выходным выводом 3.Транзисторный ключ работает следующим образом.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При наличии сигнала логической 1 на входе 15 (Оупр = Опит) транзисторы 13, 8 закрыты, транзистор 5 также закрыт, следовательно закрыт и транзистор 1, При подаче на вход 15 сигнала логического "0" (Оупен = О) по цепи базы транзистора 8 через резистор 14 протекает ток, Под действием тока коллектора транзистора 8 на резисторе б появится падение напряжения, которое откроет транзистор 5. Под действием тока коллектора транзистора 5 (он же ток первичной обмотки 16 трансформатора тока) и тока вторичной обмотки 17, который замыкается через диод 19 в коэффициент трансформа. - ции больше тока коллектора транзистора 5, на резисторе 4 появится падение напряжения, которое откроет выходной силовой транзистор.1. Падение напряжения на резисторах 9 (от эмиттерного тока транзистора 8) и 10 (от коллекторного тока транзистора 10) открывает транзистор 13, замыкается отрицательная обратная связь и транзистор 8 выходит на режим стабилизации тока, так как при увеличении тока эмиттера транзистора 8 увеличивается падение напряжения на резисторах 9 и 10, что вызывает дополнительное открывание транзистора 13, который уменьшит ток базы транзистора 8, При входе силового транзистора 1 в насыщение откроется диод 7 обратной связи и ток коллектора транзистора 8 перераспределится между базой транзистора 5 и диодом 7, в результате чего ток базы транзистора 5 уменьшится, соответственно уменьшится ток его коллектора и ток обмотки 17 трансформатора тока, а, значит, и ток базы силового транзистора 1, в результате чего последний будет поддерживаться на границе насыщения, так как если транзистор начнет выходить из насыщения (например,. при увеличении тока нагрузки) увеличится падение напряжения на его коллекторе, диод 7 закроется и ток базы транзистора 1 увеличится. Схема придет к установившемуся режиму. При этом на входном транзисторе 5 падение напряжения будет равно напряжению питания за вычетом падения напряжения на базе силового транзистора и падения напряжения на первичной обмотке трансформаторного тока, которое равно 2 Оп(падения напряжения на базе силового транзистора 1 и на диоде 19), умноженное на коэффициент трансформации. Очевидно, что даже при коэффициенте трансформации трансформатора тока, равном единице, падение напряжения на вход- ном транзисторе 5 уменьшается на 2 О, э его ток уменьшается в два раза, что значительно уменьшает потери мощности на коллекторе этого транзистора, Кроме того,1720152 Формула изобретения Транзисторный ключ, содержащий выходной силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выходным выводом, эмиттер соединен с вторым выходным выводом, а к базе подключены первый шунтирующий резистор, второй вывод которого соединен с вторым выходным выСоставитель М.СеменовРедактор Ю.Середа Техред М;Моргентал Корректор Т.Палий Заказ 777 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбина "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 уменьшаются ток и мощность, потребляемые от источника питания, так как в этом случае более используется его напряжение.При подаче на вход 15 управления сигнала логической 1 закрываются транзисторы 8, 5 и 13, выключается транзистор 1. Энергия, накопленная в трансформаторе тока через рекуперирующий диод 18, возвращается в источник питания. Схема возвращается в исходное состояние.Таким образом, за счет введения трансформатора тока и выпрямительного и рекуперирующего диодов, уменьшается падение напряжения на входном транзисторе и ток через него, что снижает потери мощности на его коллекторе, уменьшается, за счет более полного использования напряжения, ток потребляемый от источника питания, а энергия, накопленная в трансформаторе тока, возвращается в источник питания на этапе выключенного состояния ключа, что, все вместе и ведет к повышению КПД, так как уменьшаются и потери мощности в ключе и мощность, потребляемая им от источника питания. водам, и эмиттер входного транзистора, к базе которого подключены второй шунтиру.ющий резистор, второй вывод которого соединен с вторым выходным выводом, анод 5 диода обратной связи, катод которого соединен с коллектором силового транзистора, и коллектор токостабилизирующего транзистора, эмиттер которого соединен с базой управляющего транзистора и через после довательно включенные первый и второйрезисторы подключен к первой клемме источника питания, вторая клемма которого соединена с вторым выходным выводом, к первой клемме источника питания также 15 подключен эмиттер управляющего транзистора, коллектор которого соединен с базой .токостабилизирующего транзистора и через третий резистор - с входом управления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыше ния КПД за счет уменьшения мощности потерь на входном транзисторе и мощности, потребляемой от источника питания, введены трансформатор тока, рекуперирующий и выпрямительный диады, причем первичная 25 обмотка транформатора тока включенамежду коллектором входного транзистора и точкой соединения первого и второго резисторов, а вторичная обмотка первым выводом подключена к базе выходного силового 30 транзистора, а вторым - к аноду рекуперирующего диода, катод которого соединен с первой клеммой источника питания, и к катоду выпрямительного диода, анод которого соединен с вторым выходным выводом.