Транзисторный ключ

СОЮЗ СОВЕТсоцидлисРЕСПУБЛИК их 19) (И 4 НОЗК 1760 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОИНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ние Всесоюзногокого институтаспортаБ. С. Сергеев ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Изобретение отноной технике. Может бьдля переключения токанитных устройствах ельство СССР 17/60, 1982, ьство СССР3/335, 1985. ИПОЧсится к импульс ть использованов электромагили импульсных преобразователях напряжения. Цельизобретения - расширение функциональных возможностей. Устройство содержитсиловой, включающий, выключающий иуправляющий транзисторы 1, 2, 3, 4,трансформатор 5 тока, пять резисторов 6-10, конденсатор 11. На чертежетакже показаны нагрузка 12, шина 13источника питания, общая шина 14 ивходная шина 15, Поставленная цельдостигается путем подключения эмиттера включающего транзистора к базе управляющего транзистора за счет обеспечения возможности управления транзисторным ключом от одного источникауправляющих сигналов. 2 з,п.ф лы,3 ил.129Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для переключения тока в электромагнитных устройствах или импульсных преобразователях напряжения.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей путем обеспечения возможности управления транзисторным ключом от одного источника управляющих сигналов.На фиг. 1-3 представлена схема транзисторного ключа.Транзисторный ключ содержит силовой 1, включающий 2, выключающий 3 и управляющий 4 транзисторы, трансформатор 5 тока, пять резисторов 6-10 и конденсатор 11, причем коллектор силового транзистора 1 подключен к первому выводу первого резистора 6 и через токовую обмотку трансформатора 5 тока и нагрузку 12, которые соединены последовательно к шине 13 источника питания и первым выводом второго 7 и третьего 8 резисторов, второй вывод первого резистора 6 подключен к базе управляющего транзистора 4, Коллектор которого соединен с вторым выводом второго резистора 7 и базой выключающего транзистора 3, коллектор которого через выключающую обмотку трансформатора 5 тока подключен к второму выводу .третьего резистора 8, эмиттеры силового 1, выключающего 3 и управляющего 4 транзисторов соединены с общей шиной 14, которая через базовую обмотку трансформатора 5 тока подключена к базе силового транзистора 1, входная шина 15 соединена с базой включающего транзистора 2, коллектор которого через четвертый резистор 9 и конденсатор 11, которые включены параллельно, подключен к первому выводу пятого резистора 10, второй вывод которого через включающую обмотку трансформатора 5 тока соединены с шиной 13 источника питания, эмиттер включающего транзистора 2 подключен к базе управляющего транзистора 4. Транзисторный ключ содержит также дополнительный конденсатор 16, шестой резистор 17 и первый диод 18, причем первый вывод первого резистора 6 соединен с первым выводом дополнительного конденсатора 16 и через шестой резистор 7 и первый диод 18, которые включены параллельно, с коллектором силового транзистора 1, второй 0508 2вывод дополнительного конденсатора16 подключен к общей шине 14,Кроме того, транзисторный ключсодержит второй 19, третий 20 ичетвертый 21 диоды, причем второйвывод пятого резистора О через второй диод 19 соединен с одним выводомвключающей обмотки трансформатора 5тока, другой вывод которой подключен 1 О к коллектору силового транзистора 1и через третий диод 20 к первому выводу пятого резистора 1 О, коллекторвключающего транзистора 2 через четвертый диод 21 соединен с общей ши ной 14.Транзисторный ключ по Фиг. 1 работает следующим образом.В исходном состоянии при отсутствии положительного импульса синхро низациитранзисторы 2, 3 и 1 заперты. управляющий транзистор 4 открыт, так как высоким потенциаломколлектора силового транзистора 1образуется базовый ток, определяемый 25 "величиной базового резистора 6. Открытый транзистор 4 шунтирует входвыключающего транзистора 3, чем иобеспечивается его запертое состоя"ние.30 При поступлении положительного импульса синхронизации Б открываетсявключающий транзистор 2, при этомвыключающий транзистор 3 остается закрытым за счет открытого состояния 35 управляющего транзистора 4, которыйдаже нри пропадании базового токачерез резистор 6 поддерживается открытым в результате открытого состояния включающего транзистора 2. От-крытым состоянием включающего транзистора 2 создается ток во включающей обмотке (У , ) трансформатора 5тока.Приоткрывание силового транзистора 1 вызывает лавинообразный процессвступления в действие положительнойобратной связи по току первичной ибазовой обмоток (У и) трансфорк50 матора 5 тока. Далее силовой тран, зистор 1 остается открытым и насыщенным вследствие наличия этой поло"жительной обратной связи. На протяжении времени открытого состояния55 транзистора 1 его коллекторный токопределяется характеристиками нагрузки 12, но базовый ток его всегдапропорционален коллекторному иэ"заналичия трансформатора 5 тока.По прошествии времени, определяемого источником синхронизирующих импульсов Бс, положительный импульс Цс заканчивается. Транзистор 2 запирается. Поскольку силовой транзистор 1 открыт, базовый ток управляющего транзистора 4, определяемый базовьпй. резистором 6, отсутствует, Вследствие этого транзистор 4 также запирается. А это влечет эа собой открывание выключающего транзистора 3 за счет появления его базового тока через резистор 7. В выключающей обмотке (Ч ) появляется ток, величинавыклкоторого определяется величиной резистора 8, Направление тока в выключающей обмотке (Жщ ) таково, что он вызывает появление обратного (рассасывающего) тока в базе силового транзистора 1 иэ базовой обмотки (У ). Величина тока в выключающей обмотке (11) задается резистором 4 такой, чтобы с учетом коэффициентов трансформации выключающей первичной и базовой обмоток (Ъ , и М ) этот ток превышал приведенное значение тока коллектора транзистора 1 с момент этапа рассасьвания избыточных носителей полупроводниковой структуры открытого и насыщенного состояния силового транзистора 1. Это превышение определяет величину обратного (рассасьвающего) тока.На протяжении времени рассасывания избыточных носителей состояние схемы не меняется: транзисторы 2 и 4 заперты, транзисторы 3 и 1 открыты.По окончании момента рассасывания начинается формирование фронта коллекторного напряжения силового транзистора 1. По мере его увеличения в зависимости от величины базового резистора 6 включается дополнительный транзистор 4. Его открывание шунтирует вход транзистора 3, и он запирается. Это влечет за собой прекращение тока в выключающей обмотке (Мд ) трансформатора 5 тока, Прекращается обратный ток в базовой обмотке (У ) и в базе силового транэиьстора 1. Схема приходит в исходное состояние и ожидает прихода следующего положительного импульса У,.Далее процессы в схеме происходят аналогично: при поступлении положительного импульса транзистор 1 от 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 крывается, а при его снятии - запирается.Работа схемы по фиг, 2 отличается от рассмотренной тем, что сигнал на открывание управляющего транзистора 4 во время начала запирания транзистора 1 (после окончания процесса рассасывания избыточных носителей иэ его полупроводниковой структуры) подается с задержкой на время, определяемое величиной емкости конденсатора 16.Введение замедляющей цепи вызывается тем, что современные высоковольтные транзисторы вследствие относительной высокоомности областей тела коллектора обладают свойством повторного открывания. Если запирающий обратный базовый сигнал снять во время формирования фронта коллекторного напряжения, т.е. когда начинается собственно запирание транзистора, то избыточные носители из полупроводни-. ковой структуры транзистора должны были бы рассосаться. Однако этого не происходит, снятие обратного запирающего сигнала в этот момент вызывает повторное открывание силового транзистора, что приводит к паразитным автоколебательным процессам и последующему отказу силового транэистора.Диод 18 служит для ускорения разряда конденсатора 16, что необходимо при малой длительности импульса открытого состояния силового транзистора 1. Работа схемы по фиг. 3 отличается от работы схемы по фиг. 1 тем, что при включении вкжочающего транзистора 2 импульсом синхронизации Б импульс включающего тока в включающей обмотке (У ) трансформатора 5 тока может появиться только во время запертого состояния силового транзистора 1В этот момент времени дли- тельность включающего импульса и его амплитуда определяются теми же элементами: резисторами 9, 10 и конденсатором 11, После вступления в силуположительной обратной связи трансформатора 5 тока силовой транзистор 1 открывается и входит в насыщение. Это уменьшает потенциал на его коллекторе. Поэтому ранее заряженный конденсатор 11 разряжается через диоды 20 и 21 на открытый транзистор 1 (от полярности, показанной на схеме фиг. 3). Более быстрый разрядконденсатора 11 на малое разрядноесопротивление дает возможность какуменьшить его емкость, так и увеличить величину резистора 9. Второй 5диод 19 служит для устранения разряда конденсатора 11 через включающуюобмотку (У), что может вызватьложные коммутации силового транзистора 1 непосредственно после еговключения.Функциональные возможности предлагаемого транзисторного ключа шире,чем у известных транзисторных ключей,эа счет обеспечения возможности управления ключом от одного источникауправляющих сигналов,Формула изобретения201. Транзисторный ключ, содержащий силовой, включающий, выключающий и управляющий транзисторы, трансформатор тока, пять резисторов и конденсатор, коллектор силового тран 25 ,зистора подключен к первому выводу первого резистора и через токовую обмотку трансформатора тока и нагрузку, которые соединены последовательно к шине источника питания и первым 30 выводам второго и третьего резисторов, второй вывод первого резистора подключен к базе управляющего транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом второго резистора и базой выключающего транзистора, коллектор которого через выключающую обмотку трансформатора тока подключен к второму выводу третьего резистора, змиттеры силового, выклю чающего и управляющего транзисторов соединены с обшей шиной, которая череэ базовую обмотку трансформатора тока подключена к ,базе силового транзистора, входная шина соединенас базой включающего транзистора, коллектор которого через четвертый резистор и конденсатор, которые включены параллельно, подключен к первому выводу пятого резистора, второй вывод которого через включающую обмотку трансформатора тока соединен с шиной источника питания, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, эмиттер включающего транзистора подключен к базе управляющего транзистора.2, Ключ по и, 1, отличаю - щ и й с я тем, что, с целью повыше ния надежности, введены дополнительный конденсатор, шестой резистор и первый диод, причем первый вывод первого резистора соединен с первым выводом дополнительного конденсатора н через шестой резистор и первый диод, которые включены параллельно, с коллектором силового транзистора, второй вывод дополнительного конденсатора подключен к общей шине.3, Ключ по пп. 1 и 2, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены второй, третий и четвертый диоды, причем второй вывод пятого резистора через второй диод соединен с одним выводом включающей обмотки трансформатора тока, другой вывод которой подключен к коллектору силового транзистора и через третий диод к первому выводу пятого резистора, коллектор включающего транзистора через четвертый диод соединен с общей шиной.