Силовой транзисторный ключ
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 03 К 17 6 СТОРНЫЙ ся к элем образова энергии создания итания с Вн остью. транзист иод(9), 2 иУССР В,А.С ке 86 бд ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(57) Изобретение относитловых транзисторных прераметров электрическойбыть использовано дляков вторичного электропнадежностью и эффектисторный ключ содержит 43,4), 2 резистора(7,8) 1 днапряжения (5, 6). 2 ил,ь КЛЮЧ ентам сителей паи может источнивысокой Транзиора (1,2, сточникаИзобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания и может быть использовано для питания аппаратуры устройств связи, автоматики и вычислительной техники.Целью изобретения является повышение КПД и увеличение надежности транзисторного ключа.На фиг,1 приведена схема предлагаемого технического устройства; на фиг.2 - эпюры токов и напряжений, которые поясняют работу предлагаемого транзисторного ключа,Как правило, в транзисторных преобразователях нагрузка транзисторных ключей носит активно-индуктивный характер. В этих условиях формирование желаемой траектории включения силового транзистора не вызывает трудностей, так как ток коллектора нарастает плавно, а напряжение на коллекторе почти скачком спадает до нуля. При включении происходит. минимальное перекрытие нарастающего через коллектор тока и спадающего на коллекторе напряжения, что способствует минимальным динамическим потерям и не приводит к локальному перегреву силового транзистора, Кроме того высокой надежности работы транзисторных ключей при включении способствует их повышенная устойчивость к перегрузкам при положительно смещенном эмиттерном переходе.Наиболее опасным для транзистора является режим выключения индуктивной нагрузки, при котором возникают значительные динамические потери, а траектория переключения принимает наиболее нежелательный вид, что создает предпосылки для вторичного пробоя,Предлагаемое схемное решение позволяет значительно снизить динамические потери при, выключении силового транзистора, за счет формирования траек-: тории переключения транзистора, при которой он находится в области безопасной работы,Силовой транзисторный ключ содержит два высоковольтных транзистора 1, 2, два управляющих транзистора 3, 4, двухполярный источник питания 5, 6. резистор 7, ограничивающий резистор 8 и диод 9. Коллектор дополнительного транзистора 1 соединен с коллектором силового транзистора 2, эмиттер дополнительного транзистора 1 соединен с коллектором верхнего транзистора управления 3, база дополнительного транзистора 1 соединена с ограничивающим резистором 8 и анодом диода 9, второй вывод ограничивающего резистора 8 соединен с катодом диода 9 и попадает на плюс отпирающего источника напряжения 5. Эмиттер силового транзистора 2 попадает на среднюю точку источников 10, отпирающего 5 и запирающего напряжений 8, база силового 5 транзистора 2 соединена с эмиттерами управляющих транзисторов 3, 4, коллектор нижнего управляющего транзистора 4 соединен с минусом запирающего источника 6, базы управляющих транзисторов 3, 4, сое- "0 динены с резистором 7, второй вывод которого подключен к входной клемме 11,На фиг,2 приведены эпюры, поясняющие работу силового транзисторного ключа.Схема работает следующим образом, 15 При подаче положительного сигнала управления на входную клемму 11 положительный потенциал через резистор 7 попадает на базы комплиментарной пары управляющих транзисторов 3, 4. Верхний транзистор 20 управления 3 отпираетсяи замыкает цепь,которая отпирает силовой транзистор" 2.Ток отпирания протекает от плюса отпирающего источника 5 через ограничивающий резистор 8, эмиттерный переход дополни тельного транзистора 1, цепь коллекторэмиттер управляющего транзистора 3, эмиттерный переход силового трэн.истора 2 и замыкается на среднюю точку источников питания 10. Дополнительный транзистор 1 30 представляет собой нелинейную отрицательную обратную связь, которая обеспечивает автоматическое изменение величины базового тока силового транзистора 2 в зависимости от тока нагрузки, то есть вынуж дает силовой транзистор 2 работать вненасыщенном режиме, При увеличении тока нагрузки,к коллекторному переходу дополнительного транзистора 1 прикладывается запирающее напряжение и весь ток 40 базы, а если его недостаточно, то и ток коллектора дополнительного транзистора 1 из силовой цепи поступает в базовую цепь силового транзистора не позволяя ему выйти в активную область.45 Очевидным преимуществом предлагаемого схемного решения на этапе, когда силовой транзистор отперт, является то, что дополнительныйтранзистор 1 представляет собой первый каскад усиления составного 50 транзистора. Следовательно, максимальный ток управления необходимый для поддержания силового транзистора 2 в отпертом состоянии при максимальном токе нагрузки существенно меньше тока на грузки, что значительно снижает мощностьпотерь в цепях управления, а следовательно повышает КПД устройства в целом.При подаче отрицательного сигнала управления на входную клемму 11, отрицательный потенциал через резистор 7Силовой транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, два управляющих транзистора, источники отпирающего и запирающего напряжения, резистор, диод, база силового транзистора соединена с эмиттерами управляющих транзисторов, эмиттер силового транзистора - со средней точкой источников отпирающего и запирающего напряжений, а базы управляющих транзисторов соединены с одним из выводов резистора, егораЪ вывод которого подключен к входной клемме, коллектор одного йэ управляющих транзисторов подключен к источнику запирающего напряжения, о тпоступает на базы комплиментарной пары управляющих транзисторов 3, 4, запирая верхний транзистор 3 и отпирая нижний транзистор 4. При этом к эмиттерному переходу силового транзистора 2 прикладывает ся запирающее напряжение. Ток рассасывания силового транзистора 2 протекает по цепи минус запирающего источника напряжения б, цепь коллектор-эмиттер транзистора управления и, база силового 10 транзистора 2 и попадает на среднюю точку источников питания 10. После подачи запирающего напряжения происходит процесс рассасывания заряда в области базы, при котором потенциал коллектора продолжает 15 оставаться низким. Так как отпирающий транзистор управления 3 заперт цепь эмиттера дополнительного транзистора 1 оборвана, ток отпирающего источника протекает через резистор 8 и коллекторный переход 20 дополнительного транзистора 1, На этапе рассасывания силового транзистора 2, коллекторный переходдополнительного транзистора 1 выполняет функцию диода накапливающего заряд непосредственно 25 перед выключением силового транзистора 2. После окончания процесса рассасывания силового транзистора 2 напряжение на его коллекторе нарастает, а ток нагрузки замыкается по цепи коллекторный переход до полнительного транзистора 1, диод 9, отпирающий источник напряжения 5. Таким образом формируется безопасная траекто, рия выключения силового транзистора 2, так как напряжение на коллекторе нараста- ЗБ ет при отсутствии тока нагрузки через кол-лектор, Отсутствие перекрытия между нарастающим на коллекторе напряжением и спадающим до нуля током нагрузки приводит к значительному снижению динами ческих потерь.В предлагаемом схемном решении при использовании в качестве силового 2 и дополнительного 1 транзисторов типа КТ 847 А, и питании двухполярным источником вели. чиной 7 В, оптимальная величина тока управления при токе нагрузки. 12 А равна 120 мА. При таком токе управления величина накопленного избыточного заряда в коллекторном переходе дополнительного транзи стара 1 достаточна чтобы пропустить ток нагрузки силового транзистора 2, пока силовой транзистор полностью не выключится и затем за время около 50 нс выключит силовой ключ. В качестве управляющих транэи- % сторов 3, 4 в предлагаемом схемном решении используется комплиментарная пара составных транзисторов КТ 972 А, КТ 973 А, с большим коэффициентам усиления по току, что позволяет управлять ими . малым током микросхемы порядка 5 мА. В схемном решении коллекторы силового 2 и дополнительного 1 транзисторое обьединены, что позволяет конструктивно размещать два транзистора КТ 847 А на одном радиаторе,Таким образом введение дополнительного транзистора 1, ограничивающего резистора 8 и использование новых связей позволяет использовать преимущества составного ключа, который обладает значительным коэффициентом усиления по току и тем самым существенно снизить ток упреления при значительной коммутируемой выходной мощности. В тоже время предлагаемое решение позволяет избежать таких недостатков составного ключа, как медлеиное запирание силового транзистора 2 и отсутствие формирования безопасной траектории при его выключении;Эксперименты подтвердили, что при использовании других высоковольтных пар транзисторов в предлагаемом схемнам решении удается сформировать беэопаснуа траекторию выключения силового ключа. Так при использовании пары на транзисторах КТ 838 А и КТ 839 А траектория выключе.ния формируется при таке нагрузки 1 А, а на транзисторйой паре КТ 828 А траектория выключения формировалась при токе нагрузки 4 А.Предложенное техническое решение предлагается использовать в мощных устройствах электропитания, создаваемых в Институте для ряда заинтересованных предпРияттий. Зкономическая эффективность предложенного решения в настоящее время не исчислялась. Технический эффект состоит в повышении КПД и надежности устройства, что позволило создать на существующей элементной базе (транзисторы 2 Т 847 А) силовые высокочастотные транзисторные ключи с рабочим током до 12 А. Формула изобретения1817236 Составитель Н. Комароведактор Т.Иванова Техред М.Моргентал Кор А,Обруча ственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул,Гагарина, 101 П л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и увеличения надежности, введены дополнительный транзистор и ограничительный резистор, коллектор дополнительного транзистора соединен с коллектором силового транзистора, змитЗаказ 1730 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, Жтер дополнительного транзистора - с коллектором одного из управляющих транзисторон, база дополнительного транзистора, через ограничительный резистор, парал лельно которому подключен диод, соединена с источником отпирающего напряжения. Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССшакая наб 45
СмотретьЗаявка
4935751, 05.04.1991
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ АН УССР
КОМАРОВ НИКОЛАЙ СЕРГЕЕВИЧ, МАРТЫНОВ ВЯЧЕСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ, САЛАЦКИЙ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ
МПК / Метки
МПК: H03K 17/60
Метки: ключ, силовой, транзисторный
Опубликовано: 23.05.1993
Код ссылки
<a href="https://patents.su/4-1817236-silovojj-tranzistornyjj-klyuch.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Силовой транзисторный ключ</a>
Предыдущий патент: Переключающее устройство
Следующий патент: Тиристорный ключ
Случайный патент: Аппарат для выделения полимерных материалов