Полупроводниковый силовой выключатель

ОПИСАНИЕ ИЗО РЕТЕНИЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С Подписная группа9 А, Матус и В. Н. Вильчинский ВЪКЛОЧАТЕЛ ВЪЙ СИ ОЛУПРОВОД Заявлено 8 сентября 1961 г. за744864/Ч 4итет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СС убликовано в Бюллетене изобретений18 за 1962 г. Применение трансформаторов,в качестве выключателеи переменного тока позволяет успешно осуществлять бесконтактные переключатели питания, управляемые и обратимые выпрямители, преобразователи частоты и т. п.Для этой цели известно применение выключателей на встречно-параллельно включенных в коммутируемую сеть транзисторах.Особенностью предлагаемого силового выключателя этого типаявляется объединение баз этих транзисторов и соединение их посредством управляющего устройства через вспомогательные диоды либо сколлекторами транзисторов при установке выключателя в положениеоткрыт, либо с эмиттерами транзисторов при установке выключателя в положение закрыт,Такое включение транзисторов позволяет тьсхему управления и принципиально отказатьсяего источника;питания.Расширение, предела мощности, коммутируемой лючателем,осуществляется в соответствии с изобретением, со ением баз1 ранзисторов с управляющим устройством через один несколькокаскадов усиления на транзисторах, включенных по сх эмиттерного повторителя.На фиг, 1 изображена пр ая схема предлагаем олупроводникового выключателя - эквивалентная схе ояс.няюшая его работу.Силовые транзисторы Ти Т в с р - и - р проводимостью единены в симметричную группу, обладающую характеристиками симного триода,В схему входят две группы управляю В первойгр ранзисторы ТТ, и Тз с Р - п - Р от 1 ветственсущественно упрости от применения внешн вык единили еме ого пма, п инципиальн на фиг, 2со метричших транзисторов проводимостью со уппе тно возрастающей величины соединены по.схеме эмиттерных повторителей, совместно с полупроводниковыми диодами Д и Дг образуют цепочку, управляющую открыванием силовых транзисторов Т, и Тд.Другая группа управляющих транзисторов Т 4 и Т с и - р - и проводимостью совместно с полупроводниковыми диодами Д, и Добразуют цепочку, управляющую запиранием силовых транзисторов Ти ТБ.Величина диодов Д, и Д, а также управляющего транзистора Т, выбирается по максимальному суммарному току без силовых транзисторов Т и Ть (от 5 до 10% максимального суммарного тока коллекторов, в зависимости от коэффициентов усиления транзисторов при прямом и обратном включении, следовательно, от степени симметрии силовых транзисторов),Величина диодов Д 3 и Д 4 и транзистора Т 4 выбирается по максимальному суммарному току утечки силовых транзисторов ТА и Тл (по суммарному току покоя схемы с общей базой около 0,3% максимального суммарного тока коллекторов).На зажимы У подается управляющий сигнал. При сигнале указанной на схеме полярности (и достаточной его величине) силовые транзисторы Тл и ТБ полностью открыты для рабочего тока любого направления. При отсутствии управляющего сигнала (или при сигнале обратной полярности) эти транзисторы полностью заперты для рабочего напряжения любой полярности.Фиг, .2 служит для пояснения работы схемы, показанной на фиг. 1. Здесь симметричный р - и - р транзистор Т, эквивалентный группе транзисторов Т, - Т, П - переключатель, эквивалентный управляющим транзисторам Т, и Т 4. Нижнее положение переключателя П соответствует подаче управляющего сигнала прямой полярности, открытию транзисторов Т Т 2, Т, и закрытию транзисторов Т 4, Т,.При этом база силового транзистора Т оказывается автоматически присоединенной через диод Д или Д 2 к электроду, который в данной фазе рабочего тока является коллектором (у симметричного транзистора крайние электроды в равной мере оба могут служить как эмиттером, так и коллектором).Транзистор Т в обоих направлениях полностью открыт (находится в режиме насыщения), так как при подключении базы транзистора к коллектору через достаточно малое сопротивление он полностью открывается.Падение напряжения на открытом транзисторе Т не может быть меньше падения напряжения на участке база - коллектор, то есть в данном случае меньше падения напряжения на диодах Д Д и на управляющем транзисторе Т 3Поэтому для уменьшения потерь, вызывающих нагрев силовых транзисторов Т, ТБ, эти последние, а также диоды Д Д и управляющий транзистор Т, должны выбираться с минимальными падениями напряжения. Для мощных выключателей рекомендуется введение в цепь, управляющую открыванием, дополнительного копменсирующего напряжения до 1,0 в, например от трансформатора тока ТТ (фиг. 1),Верхнее положение переключателя П соответствует отсутствию управляющего сигнала либо (сигналу обратной полярности) закрытию управляющих транзисторов Т Т 2, Т, и открытию транзисторов Т 4, Т. При этом база силового транзистора Т оказывается автоматически присоединенной (через диод Д, или Д 4) к тому электроду, который в данной фазе рабочего напряжения является его эмиттером,Эквивалентный силовой транзистор Т при этом полностью запирается в обоих направлениях, поскольку подключение базы транзис150150тора через достаточно малое сопротивление к его эмиттеру обеспечивает запирание транзистора.Для того, чтобы силовой транзистор при этом запирался полностью, падение напряжения в цепи, состоящей из диодов Д, и Д 4 и транзистора Т должно быть минимальным, то есть элементы цепи управления запиранием силовых транзисторов также должны выбираться с минимальным падением напряжения. Для мощных выключателей рекомендуется введение в эту цепь дополнительного запирающего напряжения (до 2 в), например, от трансформатора напряжения ТН (фиг. 1).Дополнительными элементами схемы выключателя (фиг. 1) являются конденсатор С, защищающий схему от коммутационных пере.апряжений и сопротивлений г г г г г 4 и г, Эти сопротивления, рассчитанные на малые токи управления и утечки, соответственно служат:/ Пи г - для открывания транзисторов Т, и Т, и запирания транзисторов Т Т, Т, при отсутствии управляющего сигнала;г и гз - для более полного запирания транзисторов Т, и Т, при отсутствии управляющего сигнала;г 4 - для более полного запирания транзистора Т 4 при наличии нормального управляющего сигнала;г - для запирания всех управляющих транзисторов при управляющем сигнале прямой полярности, но малой величины.Для того, чтобы силовые транзисторы ТА и ТБ работали только в режиме ключа, обеспечивающем сведение нагревающих транзисторы потерь к минимуму, управляющий сигнал должен иметь максимально крутой фронт (например, может быть использован сигнал с выхода полупроводникового триггера) .Предмет изобретения1. Полупроводниковый силовой выключатель переменного тока на транзисторах, включенных в коммутируемую цепь встречно-параллельно, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы управления, базы транзисторов объединены и посредством управляющего устройства соединяются через вспомогательные диоды либо с коллекторами транзисторов при установке выключателя в положение открыт, либо с эмиттерами транзисторов при установке выключателя в положение закрыт.2. Полупроводниковый силовой выключатель по п. 1, о тл и ч а юш,ийся тем, что, с целью расширения предела мощности, коммутируемой выключателем, базы транзисторов соединены с управляющим устройством через один или несколько каскадов усиления на транзисторах по схеме эмиттерного повторителя.150159 Соль Составитель едактор 3. А, Москвина Техред А М. Токер Корректор Р. Я. Берков 08 бъем ытий пр кий пер Совете Министрад. 2/6. ипография ЦБТИ, Москва, Петровка,Подп. к печ. 6.1 Хг. Формат бум. Лак. 931 Тираж 150 ЦБТИ Комитета по делам изобретений и отк Москва, Центр, М. Черкас