Полупроводниковый ключ

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 1978347(5)М. Кл. Н 03 К 17/60 еооудерстееный коинтет СССР ао делам изобретений и открытийОпубликовано 30.11.82. Бюллетень44 Дата опубликования описания 30. 11,82(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЛЮЧ 1Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам коммутации электрической энергии, и может быть использовано в автоматике вычислительной или преобразователь-. ной технике для коммутации активных, 5 индуктивных или емкостных нагрузок в цепях постоянного тока.Известен полупроводниковый ключ, содержащий силовой транзистор, первый токовый трансформатор с выходной и входной обмотками, первый управляющий транзистор, первый диод, шины питания, причем переход база-эмиттер силового транзистооа зашунтирован выходной обмоткой токового трансформатора1 1.Указанный ключ обладает низким КПД из-за потерь мощности в цепях управления.Известен также полупроводниковый ключ, содержащий силовой транзистор, первый и второй токовый, трансформатор с соответствующими первыми входными 2и выходными обмотками, первый управ;, ляющий транзистор, первый диод, шины питания, причем переход база-эмиттер силового транзйстора зашунтирован первой выходной обмоткой первого токового трансформатора, последовательно с переходом коллектор-эмиттер известного транзистора включена первая входная обмотка второго токового трансформатора, а оаза и эмиттер первого управляющего транзистора подсоединены к входным клеммам21,.Недостатком известного ключа является низкое быстродействие, так как при выключении силового транзистора процесс рассасывания носителей происходит медленнее, чем при пассивном запирании. Кроме того, известный ключ обладает низкой надежностью иэ-за перенапряжения на первой выходной обмотке первого токового трансформатора, которое может привести к выходу из строя силового транзистора.978347 4ку второго токового трансформатораи вторую диодно-резисторную цепочкус третьей шиной источника питания.На чертеже приведена принципиальная электрическая схема полупроводникового ключа.Устройство содержит силовой транзистор 1, переход база-эмиттер которого зашунтирован выходной обмоткой 2 первого токового трансформатора 3 а последовательно с переходомколлектор-эмиттер данного транзистора включена первая входная обмотка4 второго токового трансформатора 5.Клеммы 6 и 7 служат для подключенияк коммутируемой цепи. Первый управляющий транзистор 8 базовым и эмиттерным выводами подсоединен к входнымклеммам 9 и 10. База второго управляющего транзистора 11 подключена к4базе первого управляющего транзистора 8, а их соединенные вместе эмиттеры подсоединены к первой шине 12источника питания. Коллектор первогоуправляющего транзистора 8 подключенк первому выводу пусковой обмотки 13первого токового трансформатора 3,второй вывод которой через первыйдиод 14 подключен к второй шине 15источника питанияа через последовательно включенные первую входную обмотку 16 первого токового трансформатора 3, второй диод 17 и первуювыходную обмотку 18 второго токового трансформатора 5 подключен к первой шине 12 источника питания, Коллектор второго управляющего транзистора 11 через последовательно соединенные третий диод 19, вторую входную обмотку 20 первого токового трансформатора 5 связан с выводом первой выходной обмотки 18, подключенной к пеовой шине 12 источника питания, а через последовательно соединенные размагничивающую обмотку 22первого токовоготрансформатора 3 ипервую диодно-резисторную цепочку 23подсоединен к третьей шине 24 источника питания, Кроме того, коллекторвторого транзистора 11 управлениячерез последовательно соединенныеразмагничивающую обмотку 25 второготокового. трансформатора 5 и вторуюдиодно"резисторную цепочку 26. подсоединен к третьей шине 24 источникапитания. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности Поставленная цель достигается тем что в полупроводниковый ключ, содер" жащий силовой транзистор, первый и второй токовые трансформаторы с соответствующими первыми входными и выходными обмотками, первый управляющйй транзистор первый диод, шины питания, причем перзход база-эмиттер силового транзистора зашунтирован первой выходной обмоткой первого токового трансформатора, последовательно с переходом коллектор-амит 13 тер транзистора включена первая вход- ная обмотка второго токового транс- Форматора, а база и эмиттер первого управляющего транзистора подсоединены к входным клеммам, введены второй управляющий транзистор обратной проводимости по отношению к первому управляющему транзистору, два диода, две диодно-резисторные цепочки, при этом первый токовый трансформатор снабжен второй входной, пусковой и размагничивающей обмотками, а вто"рой токовый трансформатор снабжен второй выходной и размагничивающей обмотками, база второго управляющего транзистора подключена к базе, а эмиттер - к эмиттеру первого удЬавляющего транзистора и первой шине источника витания, коллектор первого управляющего транзистора подключен к первому выводу пусковой обмотки первого токового трансформатора, второй вывод которой через первый диод подключен к второй шине источника питания, а через последовательно включенные первую входную обмотку4 О первого токового трансформатора, второй диод и первую выходную обмотку второго токового трансформатора - к первой шине источника питания и к одному выводу, второй выходной обмотки второго токового трансформатора, коллекторвторого управляющего транзистора через последовательно соединенные третий диод и вторую входную обмотку первого токового трансФорматора связан с другим выводом второй выходной обмотки второго токсов вого трансформатора, а через последовательно соединенные размагничивающую обмотку первого токового тран; фф сформатора и первую диодно-рвзисторную цепочку и через последовательно соединенные размагничивающую обмотДиодно-резисторные цепочки 23 и26 содержат соответственно последоФормула изобретения Полупроводниковый ключ, содержащий силовой транзистор, первый и 5 , 9783вательно включенные диоды 27, 28 ирезисторы 29, 30.Транзисторный ключ работает следующим образом,В исходном состоянии на шины 15и 24 питания подано двуполярное напряжение относительно шины 12, управляющий сигнал на, входных клеммах9 и 10 отсутствует, и силовой транзистор 1 надежно заперт, так как его 16эмиттерный переход зашунтирован низким сопротивлением выходной обмотки2 первого токового трансФорматора 3.При подаче на клеммы 9 и 10 положиттельного напряжения отпираетая управ. 15ляющий транзистор 8 и пусковая обмотка 13 первого токового трансформатора 3, через диод 14 подключается ковторой шине 15 питания.При этом навыходной обмотке 2 первого токового 20трансформатора 3 появляется напряжение, приоткрывающее силовой транзистор 1.Коллекторный ток силового транзистора 1, протекая по входной обмотке 24 второго токового трансформатора 5,вызывает появление тока в цепи, образованной первой выходной обмоткой18 второго токового трансформатора 5вторым диодом 17, последовательно зевключенными первой входной 16 ипусковой 13 обмотками первого токового трансформатора 3 и насыщеннымпервым управляющим транзистором 8.Это, в свою очередь, приводит к увеличению базового тока силового транзистора 1, и, следовательно, увеличению его коллекторного тока. Процесспротекает лавинообразно до насыщениясилового транзистора 1. 40Во время насыщенного состояния силового транзистора 1 его базовый токпропорционален коллекторному току.Коэффициент пропорциональности, а,следовательно, и глубина насыщения,определяются соотношением числа витков входной 4 и выходной 18 обмотоквторого токового трансформатора,входной 16, пусковой 13 и выходнойобмоток первого токового трансформатора.Протеканию тока в размагничивающих 22 и 25, а также входной 20 ивыходной 21 обмотках токовых трансформаторов 3 и 5 препятствуют запертый транзистор 11 управления. и диоды19, 27 и 28.После смены полярности управляющего напряжения управляющий транзистор 8 запирается, разрывая цепь насыщения силового транзистора 1, а управляющий транзистор 11 насыщается, подключая выходную обмотку 21 второго токового трансФорматора 5 к входной обмотке 20 первого токового трансформатора 3. При этом изменяется направление тока, протекающего в выходной обмотке 2 первого токового трансформатора 3, Во время рассасывания .носителей силового транзистора 1 его базовый ток также пропорционален току коллектора. Коэффициент пропорциональности определяется соотношением числа витков входной 4, выходной 21 обмоток второго токового трансформатора 3, Таким образом, обе спечивается процесс Форсированного рассасывания носителей из его базовой области, т.е. сокращается время рассасывания и снижаются потери мощности при включении.После окончания процесса рассасывания к размагничивающим обмоткам 22 и 25 через насыщенный управляющий транзистор 11 прикладывается напряжение от шин 12 и 24, обеспечивающее обратное перемагничивание сердечников первого 3 и второго 5 токовых трансформаторов. При этом соответствующим выбором витков можно обеспечить величину обратного напряжения, приложенного к эмиттерному переходу силового транзистора 1, меньшую максимально допустимого значения.Резисторы 29 и 30 диодно-резисторных цепочек 23 и 26 обеспечивают ограничение тока, отбираемого от шин 24 и 12 источника питания, после окончания обратного перемагничивания сер" дечников токовых транзисторов.Использование новых признаков дополнительного управляющего транзистора, диодов, изменение конструкции токовых трансформаторов, выгодно отличают предлагаемый полупроводниковый ключ от прототипа, так как при оптимальном соотношении витков трансформаторов повышается быстродействие и надежность устройства. Кроме того, использование двух транзисторов позволит использовать сердечники трансформаторов в двухтактном режиме и в связи с этим снизить вес и габариты ключа.второй токовые трансформаторы с соответствующими первыми входными и выходными обмотками, первый управляющий транзистор, первый диод, шины питания, причем переход база-эмиттер силового транзистора зашунтирован первой выходной обмоткой первого токового трансформатора, последовательно с переходом коллектор-эмиттерфтранзистора включена первая входная обмотка второго токового трансформатора, а база и эмиттер первого управляющего транзистора подсоединены к входным клеммам, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в него введены второй управляющий транзистор обратной проводимости по отношению к первому управляющему транзистору, два диодадве диодно-резин торные цепочки, при этом первый токовый трансформатор снабжен второй входной, пусковой и размагничивающей обмотками, а второй токовый трансфор. матор снабжен второй выходной и размагничивающей обмотками, база второго управляющего транзистора подключена к базе, а эмиттер - к эмиттеру первого управляющего транзистора и первой шине источника питания, коллектор первого управляющего транзистора подключен к первому выводу пус" ковой обмотки первого токового трансформатора, второй вывод которойчерез первый диод подключен к второйшине источника питания, а через последовательно включенные первую входную обмотку первого токового трансформатора, второй диод и первую выходную обмотку второго токового трансформатора - к первой шине источникапитания и к одному выводу второй вы 10 ходной обмотки второго токовоготрансформатора, коллектор второгоуправляющего транзистора через последовательно соединенные третий диод ивторую входную обмотку первого токо 15 вого трансформатора связан с другимвыводом второй выходной обмотки второго токового трансформатора, а через последовательно соединенные размагничивающую обмотку первого токо 20 вого трансформатора и первую диодно.резисторную цепочку и через последовательно соединенные размагничивающую обмотку второго токового трансформатора и вторую диодно-резисторИ ную цепочку " с третьей шиной источника питания.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельствозо Ю 630752, кл. Н 03 К 17/60, 1978,2. Авторское свидетельствоУ 503364, кл. Н 03 К 17/60, 1976978347Составитель И. Форафонтов Редактор А.Власенко Техред Т.фанта, КорректорЛ.Бокшан Заказ 9241/75 Тираж .959 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. М 5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4