Электронный транзисторный ключ

СОЮЗ СОВЕТСКИ СО 4 ИАЛИСТИЧЕС П 9)ПУБЛИК Р-Т 1-Л-Ц)5 Н 03 К 17/6 1 Е., ф)о 1 с ) )-дф ЛИС ЕНИ Е АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЪСТ вательГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1398079, кл. Н 03 К 17/60, 1986,Авторское свидетельство СССРЬЬ 1422388, кл. Н 03 К 17/60, 1987.(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении ключевых преобразователей напряжения. Устройство содержит ключевой транзистор 1. резисторы.2, 3,дроссель 5, диод 4, нагрузку 12, блок 6 управления, который выполнен на транзисторе 7 и трансформаторе 8. 2 ил.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении ключевых преобразователей напряжения,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электронный транзисторный ключ, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, ключевой транзистор,1 окозадающий резистор, первый диод, фиксирующий диод, обратный диод, накопительный дроссель-трансформатор и два резистора, причем анод обратного диода подключен к базе ключевого транзистора, первый вывод токозадающего резистора соединен с пер, вым выходом блока управления, а второй вывод - с анодом фиксирующего диоде, коллектор ключевого транзистора через изгрузку соединен с первой шиной питания, а эмиттер - с второй шиной питания н вжрым выходом блока управления, первичная обмотка накопительного дросселя-трансформатора включена между кетодом фиксирующего диода и коллектором клечевого транзистора, а его вторичная обмотка подключена к база-эмиттерному переходу ключевого транзистора через акледовательно соединенные первый диод и первый резистор, второй резистор включен между анодом фиксирующего диода и базой ключевого транзистора, катод ббратного диода соединен с первым выходом блока управления.Одним из недостатков указанного устройства является невысокие удельные массо-габаритные показатели вследствие использования большого числа элементов, а также наличие дросселя-трансформатора, имеющего большие габариты для обеспечения надежной гальванической развязки высоковольтной коллекторной и низковольтной базовой цепей ключевого транзистора, особенно при построении ключевых преобразователей напряжения промышленных сетей(220-380 В). Кроме того, описанный электронный транзисторный ключ имеет низкий КПД из-за наличия токо- ограничительных цепей запаса энергии в дросселе. Другим недостатком устройства являются невысокие частоты преобразования. особенно при высоком напряжении на шинах питания; ограничиваемые частотными свойствами фиксирующего диода, кото. рый имеет наибольшее значение рабочего напряжения из всех элементов схемы, опре- деляемоЕ суммой рабочего. напряжения коллектор-эмиттер ключевого транзистора и реакций дросселя-трансформатора при его размагничивании по вторичной цепи в интервалы времени выключенного ключевого транзистора. Это объясняется тем, что частотные свойства и рабочее напряжение являются взаимопротиворечивымипараметрами для полупроводниковых при 5 боров. К тому же на транзисторе блока управления и база-эмиттерном переходе ключевого транзистора . возможныперенапряжения из-за отсутствия цепи размагничивания сердечника трансформатора10 При выключенном транзисторе блока управления энергия, накопленная в сердечникетрансФорматора, может передаваться только по цепи змиттер-база ключевого транзистора - параллельная цепь из диода и18 резисторов. При полном рассасывании основных носителей база-эмиттерного перехода ключевого транзистора цепьпрерывается. Перенапряжение может бытьеще больше, если дроссель к этому моменту20 полностью не размагнитился, посколькуэнергия, накопленная в нем, может:рассеяться по цепи диод - резистор - вторичнаяобмотка трансформатора блока управления - резисторы, или по цепи - диод - на 2 грузка- шины питания - вторичная обмоткаЧансформатора блока управления - резистор, что снижает нвдежность электронноготранзисторного ключа,Цель изобретения - повышение КПД,ЗО йедежности и упрощение,На Фиг. 1 приведена схема электронного транзисторного ключа; на фиг. 2-диаграммынапряжений и токов, поясняющие работуустройства.35 Электронный транзисторный клю:; содержит ключевой транзистор 1, резисторы 2и 3. диод 4, дроссель 5, блок 6 управления,включающий транзистор 7 и трансформатор3, первичная обмотка которого включена40 между первым питающим входом 9 блока 6управлвния и коллектором транзистора 7, авыводы вторичной обмотки подключены кпервому и второму выходам блока управления, эмиттер транзистора.7 соединен с вто 45 рым питающим входом 10 блока 6управления, первый ьывод резистора 2 соединен с первым выходом блока управления,первый выгод резистора 3 соединен с вторым выходом блока управления, змиттером50 ключевого транзистора 1 и первой шиной 11питания, коллектор ключевого транзистора1 через нагрузку 12 соединен с второй шиной 13 питания, анод диода 4 соединен спервым питающим входом 9 блока 6 управ 55 ления, а катод через дроссель 5 - с третьимвыходом блока 6 управления, с которым соединен коллектор транзистора 7 блока управления.На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 14 - напряжение на базе транзистора5 10 15 20 25 30 40 45 50 7; 15- напряжение коллектор-эмиттер транзистора 7; 16- ток через дроссель 5; 17- ток намагничивания сердечника трансформатора 8, приведенный. к первичной обмотке;18 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора 8; 19 - ток, протекающий. по первичной обмотке трансформатора 8;20 - ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора 8; Оупр - амплитуда напряжения управляющего сигнала на базе транзистора 7; Окэтиакс - максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора 7; Овсп - напряжение вспомогательного источника, питающего блок 6 управления (выводы 9 и 10);др.макс 1 макс - максимальные значения тока, протекающего через дроссель 5 и тока намагничивания (тока холостого хода); п 21 = 1/М - коэффициент трансформации, равный отношению чисел витков вторичной и первичной обмоток расформаора 8, В 2, Йз - аое сопротивление соответственно резисторов 2 и 3.Сущность изобретения состоит в том, что за счет исключения баэз-коллекторной связи и формирования выключающего импульса тока ключевого транзистора через первичную обмотку трансформатора блока управления обеспечивается повышение КПД и надежности при общем упроЩении схемы электронного транзисторного ключа,Электронный транзисторный ключ работает следующим образом.Пусть в исходном состоянии транзисторы 1 и 7 закрыты, В момент времени 1 о (фиг.2) на базу. транзистора 7 блока 6 управления подается отпирающий импульс напряжения, Транзистор 7 открывается и к первичной обмотке трансформатора 8 блока 6 управления прикладывается напряжение, равное напряжению вспомогательного источника Овсп. При этом на вторичной обмотке наводится ЭДС и через база-эмиттерный переход ключевого транзистора 1 протекает прямой ток, в основном определяемый сопротивлением резистора 2.Транзистор 1 переходит в состояние высокой проводимости (открытое состояние). В интервал времени включенного транзистоРв 7 тп - т 1 пРоисхоДит накопление знеР- гии в дросселе 5 за счет тока, протекающего по цепи диод 4 - дроссель 5 - транзистор 7, К моменту времени О ток в дросселе и ток намагничивания сердечника трансформатора достигает максимальных значений соответственно 1 др.макс и смаксВ момент времени т 1 транзистор 7 за-. крывается и ток намагничивания трансформатора 81начинает протекать по цепи: второй выход блока 6 управления - параллельная цепь, образованная резистором 3 и база-эмиттерным переходом ключевого транзистора 1 - резистор 2 - первый выход блока 6 управления. Кроме, того, ток, накопленный в дросселе 51 др эа время включенного транзистора 7, начинает протекать по цепи диод 4- дроссель 5- первичная обмотка трансформатора 8, наводя при этом ток во вторичной обмотке трансформатора 8, который протекает по той же цепи и в том же направлении, что ир . Под действием этих токов формируется обратимое напряжение необходимой величины для форсированного выключения ключевого транзистора.В момент времени 12 ток дросселя 51 др и ток намагничивания 1 р трансформатора 8 спадает до нуля, т сердечники трансформатора и дросселя полностью размагничиваются.С момента времени Т процессы повторяются аналогично описанным;В предлагаемом транзисторном ключе цепи передачи энергии для включения ключевого транзистора и накопления энергии для его форсированного выключения разделены. Это позволяет сформировать управляющий сигнал ключевого транзистора с высокой крутизной нарастание эа счет использования энергии, первдаваемой трансформатором 8 только для включения ключевого транзистора 1. Кроме того, процесс накопления энергии в дросселеб не оказывает влияния на включающий сигнал, Величина выключающего тока подбирается значением индуктивности дросселя 5 В предлагаемом ключе повышен КПД за счет исключения токоограничивающего резистора в цепях накопления энергии в дросселе и передачи энергии для включения ключевого транзистора 1. Кроме того, за счет шунтирования база-эмиттерного перехода ключевого транзистора 1 резистором 3 исключены перенапряжения на указанном переходе и на переходе коллектор-эмиттер транзистора 7 блока 6 управления.,Организация цепи накопления энергии в дросселе 5 от вспомогательного источника позволила упростить схему, т.е. сократить количество необходимых элементов, уменьшить обратное напряжение на последовательно включенном с дросселем 5 диоде 4 до величины, близкой нулю, выполнить дроссель однообмоточным,Формула изобретенияЭлектронный транзисторный ключ, содержащий ключевой транзистор, первый и второй резисторы, дроссель, диод, блок управления, включающий транзистор и трансформатор, первичная обмотка которого1746527 легс,юлиус/УИ лес 1 фюмлк юг, Еставитель С, Панфилохред М.Моргентал Редактор Н. Яцол ектор О. Ципле акаэ 2403 ВНИИПИ Госуда Тираж нного комитет 3035. Москва,Подписноепо изобретениям и открыти-35, Раушская наб., 4/5 ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагари включена между первым питающим входом блока управления и коллектором транзистора, вторичная обмотка включена между пер-. вым и вторым выходами блока управления, эмиттер транзистора соединен с вторым питающим входом блока управления, причем первый вывод первого резистора соединен с первым выходом блока. управления, первый вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока управления, с первой шиной питания и эмиттером ключевого транзистора, коллектор которого через нагруэку соединен с второй шиной питания, катод диода соединен с первым выводом дросселя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, надежности и упрощения, блок управления снабжен третьим выходом, который подключен к коллектору транзистора блока управления и второму выводу дросселя, анод диода подключен к первому питающему входу блока.управле ния, а вторые выводы первого и второгорезисторов соединены с базой ключевого транзистора.