Устройство управления транзисторным ключом

(5 ОСУДАРСТВЕННОЕ ЕДОМСТВО СССР ОСПАТЕНТ СССР) ТЕНТНОЕ ЕТЕНИ ПИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСТОРНЫМ КЛК)ЧОМ(57) Использование; изобретеник электротехнике и может бытьно в устройствах бесконтактнкоммутации систем радиотехнитики, вычислительной техникиизобретения: устройство содтранзистора 1, 8 и 10,трансфорс обмотками 2, 6 и 7, пять диод14 и 16, резистор 11, конденсасель 15, блок 9 управления. 1 з. и е относится использоваой силовой ки, автомаСущность ержит три матор 3 тока ов 4, 11, 12, тор 5, дрос. ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники, автоматики, вычислительной техники. 5Известно устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора . тока с первым входным выводом, эмиттер 10 подключен к второму выходному вьводу, д базе соединена через диод, шунтирова нный конденсатором., с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к перво му силовому выводу транзис горд управления, второй силовой вывод кагарага подсоединен к первому входному Бысду, а управляющий вход к выходу блока управления. 20Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная наде.кность транзисторного ключа вследствие выделения большей импульсной машости на коллекторном переходе при вюиочении 25 выходного транзистора. Эта обусловлено тем, что вклочение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора токд в период закрытого состояния выход;ога 30 транзистора, Величина указанной знерг 1 пропорциональна току, протекающем через токаограничивающий резистор.Спи обмотки управленля, который ранен таку намагничивания трансформатора такд и з 35 МОжЕт бцтЬ ВЫбраН дОСтатОЧНО баЛЬ 1 ИМ,Известна так,.е устройства управления транзисторным ключом, содеркащее Бь 1- ХОДНай тРаНЗИСтОР, КОЛ ЕКТОГ, КатаРаГЗ Са.еди нен через и ервич:,уа О эм Отк, 10 трансформатора така с первым,ыхадным выводом, эмиттер подключен к Бтарс 1.1, выходному выводу, а база соединена через диод, шунтированный канде 1 сдторс;:1,втарич 1 ай обмоткой тра нсформдтард гак .5 первый вывод обмотки управления ка, драй подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, тарой силовой вывод которога подключен к первому входному выводу, а управляющий вход к 50 выходу блока управления, второй трг зл.стор управления, резистор, :лОе 11 й между вторым входным вьвадам л вторым выводом обмотки управления трансформатора тока, 55Недастдткам известнага устройства является низкая эксплуатационная надежность транзисторного клю:а Бследс"Бие выделения большой импульсай мо насги на коллекторном переходе при Бклача 1 ии выходного транзистора. Это обусловлено гем, что включение выходного транзистора происходит зэ счет энерли, накопленной в облотке упрдвлеия трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора. Бел 1 чиа этой энергии прогарциондльд току намагничивания обмотки управления, который не может быть сделан дастатач 1 а большим, так как ограничен индуктив 1 остью этой обмотки. Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления транзисторным ключам, содержащий выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходым еьгадам, эмиттер падклочен к второму Бы,:ад 1 аму Быаду, база-эитерный переход соадше через диод, шутираванньй коденсатаром, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которого подключен : первому силова 1 лу выводу первого транзистора управления, второй слловой вывод которого присоединен к первому входному выводу, управляющий вход - к первому выходу блока управления, отарой транзистор управления, первый резистор, . вклочеый между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления трансформатора така, соединенным через первый диод с Г 1 "рьл Бхад 11 ьм БыБадам,"р О, и а лНедостатки пратоипд заключаются в -: изкай эксгудтд цио ной надежности трднзисгарага кл 1 ачд следствие выделе 1 иг 1 з 1 дчительнай импульснал мац 1 асти на каллектарам переходе Б момент включения ыхад Ога трдзистора. Эта обусловлено гем, чгс включение ыхадного транзистора происходит за счет энергии, накопленной Б обмотке управления трансформатора така в период закрытого состояния выходного транзистора. Веллчина этой знсрг 1 1 раг Орциандльнд такуамагничиБднил Обмотки упра 1 леИ 1, который не моке 1 былгь сдела, достаточно большим, так ;дк ограничен большой индуктивностью эой аб латки.Цель изабретсния - повышение эксплудтдц анной надежности транзисторного О 1 О д путем снижения величины импульсной мощасти на калгектарном переходе при Бклачеии БыхадОГО трдзистараПостдвлендя цель достигается тем, что устройства управления транзисторным юпа: аь 1, содержащее Бьходной транзистор, каллсктар которого соединен через первичную обкотку трасфарматора тока с первым выхадньм выводом, эмиттер подключен к вараму вьхадному выводу, а база соедине 17801765 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на через диод, шунтированный конденсатором, с базовой обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй , силовой вывод которого подключен к первому входному выводу, а управляющий вход к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления трансформатора тока, соединенным с первым входным выводом через первый диод, второй диод дополнительно содержит третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а управляющий вход - к второму выходу блока управления, при этом второй диод подключен параллельно первому резистору, а четвертый диод включен между первым силовым выводом и первым силовым выводом второго транзистора управления, Кроме того, при применении в блоке управления управляющего элемента в виде микросхемы с двумя выходными транзисторами, переключающимися синхронно синфазно, первый выходной вывод элемента управления соединен через второй конденсатор с управляющим входом первого транзистора управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с управляющим входом второго транзистора управления,На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства управления транзисторным ключом; на фиг. 2 - пример выполнения блока управления; на фиг. 3 - диаграммы токов и напряжений на элементах устройства,Устройство управления транзисторным ключом содержит выходной транзистор 1, коллектор которого соединен через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а база соединена через диод 4, шунтированный конденсатором 5, с базовой обмоткой 6 трансформатора 3 тока, первый вывод обмотки 7 управления которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора 8 управления, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока 9 управления, второй транзистор 10 управления, первый резистор 11, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки 7 управления, соединенной через первый диод 12, второй диод 13, а также третий диод 14, дроссел ь 15, четвертый диод 16,Кроме того, при применении в качестве блока управления микросхемы с двумя синфазно синхронно переключающимися выходными транзисторами (например, 1114 ЕУЗ) устройство управления транзисторным ключом может дополнительно содержать второй 17 и третий 18 резисторы и разделительный конденсатор 19.Устройство работает следующим образом,Блок 9 управления вырабатывает, например, последовательность прямоугольных импульсов (22 и 23 фиг, 3), которые поступают на управляющие входы транзисторов 8 и 10 уп равления, Пусть в некоторый момент времени то открыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10. При этом по обмотке 7 управления протекает ток, величина котооого ограничена резистором 11, и сердечник трансформатора тока 3 перемагничивается после предыдущего такта работы, На коллекторе транзистора 8 - низкое напряжение (24 фиг, 3), а выходной тоанзистор 1 заперт, так как на его управляющем входе - запирающее напряжение с обмотки 6 трансформатора 3 тока (25 фиг. 3). В момент времени 11 с выходов блока 9 управления приходят импульсы, запирающие транзистор 8 и отпирающие транзистор 10, Вследствие инерционности процесса выключения транзисторов напряжения на коллекторе транзистора 10 увеличивается практически без задержки (26 фиг. 3), а напряжение на коллекторе транзистора 8 (24 фиг. 3) сохраняется низким на время выключения транзистора 8. Следовательно, в этот момент к дросселю 15 приложено входное напряжение без учета падения напряжения на транзисторах 8 и 10 и диоде 14. В дросселе 15 начинает нарастать ток(27 фиг. 3) до тех пор, пока не закончится период рассасывания неосновных носителей 6 базовой области транзистора 8 и этот транзистор не запрется. При запирании транзистора 8 в момент 12 энергия, накопленная в дросселе 15, через трансформатор 3 тока передается в базовую область транзистора 1 и происходит его форсированное отпирание. Это объясняется тем, что ток, проходящий через дроссель 15, после запирания транзистора 8, начинает циркулировать по контуру; дроссель 15 - управляющая обмотка 7 - диод 13 - транзистор 10 - диод 14 - дроссель 15. Этот ток трансформируется в базовую обмотку 6 трансформатора 3 тока, через диод4 поступает в базовую область выходного транзистора 1 и он отпирается. После того, как дроссель 15 полностью отдаст накопленную энергию, диод 14 запирается и отделяет обмотку 7 управления от тран зистора 10, а напряжение на обмотке 7 будет определяться процессами, протекающими в первичной 2 и базовой 6 обмотках трансформатора тока 3, при этом ток в базе транзистора 128 фиг, 3) будет пропорцио нален току в его коллекторе (29 фиг, 3).После изменения напряжения на выходах блока 9 управления отпирается транзистор 8 и шунтирует управляющую обмотку 7 15трансформатора тока 3 по контуру: обмока7 - диод 12 - транзистор 8 - обмотка 7, Приэтом, так как в момент И 4 запирание транзистора 10 задерживается относительно времени отпирания 1 з транзистора 8, В 20дросселе 15 опять накапливается энергия,которая после запирания транзистора 10рассеивается на транзисторе 8 и диодах 14и 16, Одновременно происходитфорсированное запирание вь 5 ходного транзистора 1 напряжением на конденсаторе5, так как напряжение на обмотке 6 практически равно нулю вследствие того, тообмотка 7 закорочена, а коэффициенттрансформации между обмотками 7 и 6 30больше единицы,Таким образом введение дросселя 15 в цепь транзисторов управления 8 и 10 позволило создать короткий импульс тока 35 форсированного отпирания выходного транзистора, что уменьшает время Включения выходного тра 5 зистора, снижает величину импульсной мощности на коллекторе выходного транзистора и повышает зксп 5 у атационную надежность транзисторного кл 5 оча,На фиг, 2 приведен пример Выполнения устройства управления с применением пн тегральной микросхемы 1114 ЕУЗ и цепями согласования, В которые ВходяГ резисторы 17 и 18 и разделительный конденсатор 19 Формула изобретения1. Устройство управления транзистор ным кл 5 очом, содержащее выходной транзи стор, коллектор которого через первичнук 5 Обмотку трансформатора тока соединен с первым выходным выводом, эмиттер соеди нен с вторым входным выводом, а базоэмиттерный переход через первый диод, шунтированный первым конденсатором, со единен с вторичной обмоткой трансформа тора тока, первый вывод обмотки управления которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого подключен к первому входному выводу, а управля 5 ощий вход - к Г 5 ервому Выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный междувторым Входным выводом и вторым Выводом обмот 5 и управления трансформатора тока, соединенным с первым входным выводом через первый диод, второй диод, о т л ич а 5 О щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе путем оникения величины импульсной мощности на коллекторном переходе выходного транзистора, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, Второй силовой Вывод которогоГ 1 одкл 5 очен к второму входному выводу, а управляющий вход - к второму выходу блока упрйГзленил, при этом Втооой диОд Годкл 5 О- чен параллельно первому резистору, а четВертый диод Включен между первымсиловым Выводом второго транзистора управления и перГ 3 ым Входным Выводом,2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок управления содержит управляющий элемент, псрвый выходной выБод которого соединен через второйконденсатор с первым Выходом блока управления, соединенным через второй резистор с Вторым Входным Быводом, а Второй Бь:ходной вывод управляющего элемента соединен через Второй резистор с вторым Выходом блока управления.1780176гвг Составитель В. Ежоведактор И.СавинаТехред М.Моргентал Корректор 7.Палий аказ 4441 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101