Транзисторный ключ

(19) (11)Н 03 К 17/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ СВ(71) Харьковский ордтехнический институт(прототип). Р 18А.Тимченкнский а Ленина м. В.И.Л ол ени СССР 82. ССР детельств 17/60, 1ельство Ь 1/08, 19 СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54)(57) ТРАНЗИСТОРНЬЙ КЛЮЧ, содержащий первый, второй и третий транзисторы, трансформатор тока, которыйимеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второйрезисторы, формирователь управляющихимпульсов, первую и вторую выходныешины, первую и вторую шины источникапитания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключенок первой выходной шине, первый выводпервого резистора соединен с первойшиной источника питания, первый вывод второго резистора подключен кпервому выводу первого диода, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности транзисторного ключа, в него введены четвертый транзистор, второй и третийдиоды, первый, второй и третий вентильные элементы, конденсатор, причем коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу первого вентильного элемента, а эмиттер соединен с первой шиной источника питания и концом первой вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через второй диод подключено к второму выводу первого вентильного элемента и коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, второй выходной шиной, эмиттером первого транзистора, первым выводомС конденсатора и концом второй вторич- Е ной обмотки трансформатора тока, начало которой подключено к первому вы- Ю воду третьего диода и через второй вентильный элемент - к первому выводу третьего вентильного элемента к Яс базе первого транзистора, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора тока и первым а выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора, коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттерс вторыми выводами третьего вентиль- ного элемента, первого и третьего диодов, базы второго, третьего и четвертого транзисторов соответственно подключены к первому, второму в и третьему выходам формирователя управляющих импульсов.первой шиной источника питания, вторые выводы первого и второго резисторов соответственно подключены к началу третьей и концу четвертой вторичных обмоток трансформатора тока, конец третьей и начало четвертой вторичных обмоток соответственно соединены с коллекторами второго и третьего транзисторов, эмиттеры которых подключены к второй шине источника питания, база второго транзистора через третий резистор соединена с выходом формирователя управляющих импульсов и входом инвертора, вьгод которого подключен к базе третьего транзистора 23.Недостатком известного транзисторного ключа является низкая надежность.Цель изобретения - повышение надежности транзисторного ключа.Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий первый, второй и третий транзисторы,трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второй резисторы, формирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источни ка питания, первый, вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, введены четвертый транзистор, второй и третий диоды, первый, второй и третий вентильные элементы, конденсатор, причем коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу первого вентильного элемента, а эмиттер соединен с первой шиной источника питания и концом первой вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через второй диод подключено к второму выводу первого чентильного элемента и коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, второй выходной шиной, эмиттером первого транзистора, первым выводом конденсатора и концом второй вторичной.обмотки трансформатора тока, начало которой подключено к первому выводу третьего диода и через второй 1 1156248 2 Изобретение относится к импульс 1 ной технике и может быть использовано в системах электропривода для периодической коммутации цепей постоянного тока. 5Известен транзисторный ключ, содержащий первый и второй транзисторы, трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, диод и резистор, первую и вторую вы ходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод резистора соединен с первой шиной источника питания, эмиттер первого транзистора подключен к второй шине источника питания, а база - к входной шине, а также конец первичной обмотки трансформатора 20 тока соединен с началом первой вторичной обмотки и эмиттером второго транзистора, база которого подключена к концу первой вторичной обмотки трансформатора тока, а коллектор - 25 к второй выходной шине, коллектор первого транзистора соединен с начаом второй вторичной обмотки транс" .орматора тока, конец которой подключен к второму выводу резистора и через диод - к второй шине источника питания .13Однако этот транзисторный ключ характеризуется низкоч надежностью.Наиболее близким па технической сущности к предлагаемому является транзисторный ключ, содержащий первый, второй и третий транзисторы, трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второй резисторы, фор 40 мирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки45трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источника питания, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, кроме того,50 конец первичной обмотки трансформатора тока соединен с началом первой вторичной обмотки и эииттером первого транзистора, база которого подключена к концу первой вторичной обмот 55 ки трансформатора тока, а коллектор к второй выходной шине, второй вывод первого диода соединен сне тильный элемент - к первому ныноду третьего нентильного элемента и базе пе зого транзистора, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора, коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттер - с вторыми выводами третьего вентильного элемента, первого и третьего диодов, базы второго, третьего и четвертого транзисторов соответственно подключены к первому, нто рому и третьему выходам формирователя управляющих импульсов.На фиг. 1 изображена схема транзисторного ключа; на фиг. 2 - временные диаграммы работы транзисторного ключа.Транзисторный ключ содержит пер - ный 1., второй 2, третий 3 и четвертый 4 транзисторы, трансформатор 5 тока, который имет первичную 6 и д две вторичные обмотки 7 и 8, первый 9,: второй 10 и третий .11 диоды, первый 12 и второй 13 резисторы, первый 14, второй 15 и третий 16 вентильные элементы, конденсатор 17, формирователь.18 управляющих импульсов, пер 30 вую 19 и вторую 20 выходные шины, первую 21 и вторую 22 шины источника питания, причем начало первичной обмотки .6 трансформатора 5 тока подключено к первой вьмодной шине 19, первый вывод первого резистора 12 соединен с первой шиной 21 источника питания, первый вывод второго резистора 13 подключен к первому выводу первого диода 9, коллектор четнерто- ф го транзистора 4 подключен к первому выводу первого вентильного элемента 14, а эмиттер соединен с первой шиной 2 источника питания и концом первой вторичной обмотки 7, трансформатора 5 тока, начало которой через второй диод 10 подключено к второму выводу первого нентильного элемента 14 и коллектору второго транзистора 2, эмиттер которого сое динен с второй шиной 22 источника питания, второй выходной шиной 20, эмиттером первого транзистора 1, первым выводом конденсатора 17 и концом второй вторичной обмотки 8 трансформатора 5 тока, начало которой подключено к первому выводу третьего диода 11 и через второй нентильный элемент 15 - к первому выводу третьего нентильного элемента 16и базе первого транзистора 1, коллектор которого соединен с концом.первичной обмотки 6 трансформатора 5тока и первым выводом второго резистора 13, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора 17, коллектор третьего транзистора 3 соединен с вторым вынодом первого резистора 12, а эмиттер - свторыми выводами третьего вентильногоэлемента 16, первого 9 и .третьего11 диодов, базы второго 2, третьего3 и четвертого 4 транзисторов соответственно подключены к первому, второму и третьему выходам формирователя 18 управляющих импульсов.Транзисторный ключ работает следующим образом.В исходном состоянии транзисторы1-3 выключены, а транзистор 4 включен. В момент времени 1 , задаваемыйформирователем 18 управляющих импульсов, транзистор 4 закрывается,а транзистор 3 открывается (Лиг.2 д),По цепи 21-12-3-16-ВЭ 1-22 протекаетуправляющий ток, Коллекторный токтранзистора 1 увеличивается и, когданапряжение на обмотке 8 превышаетсуммарное падение напряжения на диоде 11, вентильном элементе 16 и переходе база - эмиттер транзистора 1,в цепи базы транзистора 1 начинаетпротекать дополнительньж управляющийток. Напряжение на переходе коллектор - эмиттер транзистора 1 падает(фиг. 2 в), диод 9 открывается, ндополнительный управляющий ток начинает протекать в контуре 8-11-9 КЭ 1-8.Ограничение тока базы транзистора 1 и напряжения коллектор - эмиттер приводит к уменьшению зарядов,накапливаемых в базе транзистора 1,и сокращению времени выключения ключа. После включения транзисторногоключа в момент времени й транзистор 3 запирается сигналом, поступающим с формирователя 18 .управляющихимпульсов. Транзистор 1 поддерживается во включенном состоянии засчет нагрузочного тока, трансформирующегося в цепь управления,В момент времени й, задаваемьйформирователем 18 управляющих импульсов, транзистор 2 включается (фиг.2 ь),Напряжение на обмотке 8 изменяетзнак (фиг. 2 б). Поскольку емкость.хода коллектор - эмиттер транзистора 1 разряжена, и, кроме того, разряжена емкость конденсатора 17, то напряжение коллектор - эмиттер транзистора 1 скачком измениться не может, и диод 9 запирается. За счет энергии, запасенной в индуктивности рассеяния трансФорматора 5, продолжается протекание тока базы транзистора. 1. Из-за зарядов, накопленных 1 О в базе транзистора 1, напряжение на переходе базы - эмиттер в момент времени 1 знак не изменяет. Пороговое напряжение на диодах 11, суммируясь в пороговым напряжением на 15 вентильном элементе 16, ускоряет спад базового тока, компенсируя влияние индуктивности рассеяния трансФорматора 5После спада тока базы до нуля10 диод 11 и вентильный элемент 16 выключается, а вентильный элемент 15 включается, происходит вынос зарядов из базы транзистора 1 до момента восстановления переходом база - эмиттер ц запирающих свойств.В этом интервале. на переходе базаэмиттер сохраняется прямое смещение, коллекторный ток транзистора 1 продолжает протекать при неизменном значении напряжения коллектор - эмиттер, соответствующем насыщенному состоянию транзистора 1.Начиная с момента времени, когда напряжение базы - эмиттер транзистора 1.становится равным нулю, коллек 35 торный ток начинает спадать, переход база - эмиттер восстанавливает запирающие свойства и. ограничивает обратный ток, к нему прикладывается обратное смещение.После заряда конденсатора 17 токнагрузки спадает до нуля, транзисторный ключ выключается.В момент времени С , кОгда отрицательный базовый ток и коллекторныйток транзистора 1 спадает до нуля,а напряжение коллектор - эмиттер достигает значения напряжения источникапитания цепи нагрузки транзисторногоключа, транзистор 2 выключается формирователем 18 управляющих импульсов.Транзистор 4 открывается (Фиг. 2 д)и шунтирует обмотку 7. Спад намагничивающего тока трансформатором 5 токапродолжается до момента временикогда вольтсекундные площади положительной и отрицательной полуволн напряжения обмотки 8 становятся, равным(фиг. 26). Введение в цепь намагничивающего тока трансформатора 5 токапорогового напряжения на вентильномэлементе 4 ускоряет спад этого токадо нуля.В момент времени , задаваемыйФормирователем 18 управляющих импульсов, транзистор 4 выключается, транзистор 3 включается, электромагнитные процессы в транзисторном ключеповторяются,У предлагаемого транзисторногоключа надежность вьппе, чем у известных транзисторных ключей за счет сокращения времени выключения и устранения произвольного включения .ключапри его работе в составе силовогоэлектрооборудования со значительнымуровнем электромагнитных помех.1156248ий. 2 а Заказ 195 55. Ти ак 872 о саов Фааваа ПВВ втеат, Ф.Уагород, зайроеатиаа, 4