СИЛОВОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ Российский патент 1998 года по МПК H02M1/08 H03K17/06 H02M1/92 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике и может быть использовано при создании силовых транзисторных преобразователей, например для электроприводов.

Известен силовой транзисторный ключ с оптронной развязкой применяемый в серийно выпускаемом Чебоксарским электроаппаратным заводом электроприводе ЭПБ2 [1].

Недостатком такого транзисторного ключа является сравнительно большая сложность схемы, наличие трех промежуточных каскадов усиления сигнала для управления силовым транзистором.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является силовой транзисторный ключ (фиг. 3) содержащий силовой транзистор 1, эмиттер которого соединен с общей точкой вспомогательного источника питания со средней точкой источника питания 2, база транзистора соединена с выходом выходного каскада промежуточного усилителя 3, вход которого соединен с выходом промежуточного усилительного каскада 12, вход промежуточного усилительного каскада 12 соединен с коллектором транзисторного оптрона 4 и резистором 5, второй вывод резистора соединен с положительным полюсом источника питания 2, эмиттер и база оптронного транзистора соединены между собой и со средней точкой источника питания 2, применяемый в серийно выпускаемом электроприводе ЭПБ3 Чебоксарского электроаппаратного завода [2].

Недостатками такого ключа являются его сравнительная сложность, обусловленная наличием промежуточного каскада усиления, а также малая надежность, обусловленная отсутствием существенного запаздывания при включении ключа, что создает возможность кратковременного открывания ключа под воздействием помех.

Технический результат предполагаемого изобретения - упрощение и повышение надежности.

Достигается технический результат тем, что в силовом транзисторном ключе, содержащем силовой транзистор, вспомогательный источник питания со средней точкой, оптронный транзистор, резистор, выходной каскад промежуточного усилителя, соединенный зажимами питания с положительным и отрицательным зажимами источника питания, выходом с базой силового транзистора, коллектор оптронного транзистора соединен с резистором, второй вывод которого соединен с положительным полюсом вспомогательного источника, эмиттер силового транзистора соединен со средней точкой вспомогательного источника питания, введены дополнительно диоды и резисторы, причем первый диод соединен анодом с базой, а катодом с коллектором оптронного транзистора и входом выходного каскада, резистор соединен с отрицательным полюсом источника питания, а вторым выводом с базой оптронного транзистора, второй диод соединен анодом с эмиттером оптронного транзистора а катодом с отрицательным полюсом источника питания; а также введены конденсатор, резистор и диод, причем катод диод соединен с выводами резистора и конденсатора, анод соединен с базой оптронного транзистора, второй вывод конденсатора соединен с коллектором, а второй вывод резистора с эмиттером оптронного транзистора.

Сущность предполагаемого, изобретения заключается в том, что введение в базовую цепь оптронного транзистора второго резистора, позволяет увеличить выходной ток оптрона до величины, достаточной для управления выходным каскадом, без промежуточного усиления, а введение диодов исключает насыщенное состояние оптронного транзистора в открытом состоянии, а следовательно, исключает запаздывание при его выключении. Цепь из конденсатора, третьего резистора и диода обеспечивает плавное открывание оптронного транзистора, по сигналу управления, обеспечивая выдержку времени при открывании силового ключа и не влияет на процесс запирания, так как ток конденсатора протекает помимо базовой цепи оптронного транзистора.

Благодаря этому, достигается повышение надежности работы и упрощение. Анализ известных технических решений (аналогов) позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом СТК и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Схема предлагаемого СТК приведена на фиг. 1 и фиг. 2, где приняты следующие обозначения.

1 - силовой транзистор,
2 - вспомогательный источник питания со средней точкой
3 - выходной каскад промежуточного усилителя,
4 - оптронный транзистор,
5, 8, 11 - (первый) резисторы,
6, 7, 10 - диоды,
9 - конденсатор,
12 - каскад предварительного усилителя.

СТК содержит силовой транзистор 1, эмиттер которого соединен с общим выводом вспомогательного источника питания 2, база транзистора 1 соединена с выходом выходного каскада промежуточного усилителя, зажимы питания выходного каскада соединены с отрицательным и положительным полюсами источника 2, коллектор оптронного транзистора 4 соединен с резистором 5 входом выходного каскада 2 катодом диода 6, выводом конденсатора 9; база оптронного транзистора 4 соединена с анодами диодов 6 и 10 с резистором 8; эмиттер оптронного транзистора 4 соединен с анодом диода 7 и выводом резистора 11, катод диода 10 соединен со вторыми выводами конденсатора 9 и резистора 11.

Схема - работает следующим образом: при подаче на вход оптронного транзистора 4 напряжения происходит отпирание оптронного транзистора 4. Процесс отпирания транзистора происходит плавно, т.к. между его коллектором и базой подключен конденсатор гибкой обратной связи 9, предварительно заряженный по цепи через резисторы 5,11 и диод 7. По окончании разряда конденсатора потенциал коллектора транзистора снижается ниже порога открывания выходного каскада и происходит отпирание силового транзистора 1. В открытом состоянии рабочая точка оптронного транзистора выбирая на грани активного режима, благодаря наличию диода 6, через который излишние носители из базовой области транзистора уходят в коллекторную цепь. При протекании тока через оптронный транзистор создается также падение напряжения на диоде 7 создавая отрицательное смещение на базе оптронного транзистора. Благодаря указанным мерам при исчезновении сигнала на входе оптрона практически мгновенно (запаздывание не превышает 0,6 микросекунды) происходит запирание оптронного транзистора и выходного каскада. На базу силового транзистора подается запирающее напряжение.

По сравнению с прототипом, в котором быстродействие каскада реализовывалось за счет малого перепада напряжения на выходе оптронного транзистора, для чего искусственно последний выводился в режим диодного оптрона закорачиванием базы и эмиттера в описанной схеме оптронный транзистор работает в транзисторном режиме имеет большой коэффициент усиление и позволяет увеличить ток через нагрузочный резистор 5 до уровня достаточного для управления непосредственно выходным каскадом, исключив промежуточные. Это приводит к упрощению схемы. По сравнению с прототипом в схеме дополнительно предусмотрена цепь задающая время запаздывания при включении ключа - конденсатор 9 резистор 11 диод 10. Это позволяет задавать необходимую выдержку времени в зависимости от напряжения питания ключа, типа применяемых силовых транзисторов, особенностей схемы управления. Последнее приводит к повышению надежности. В прототипе выдержка времени при открывании обеспечивалась параметрами применяемых в выходном каскаде транзисторов, что требовало их подбора. Применение предполагаемого изобретения повышает также технологичность изготовления ключей.

Предлагаемый СТК предполагается использовать в новых сериях электроприводов для станкостроения и общепромышленных механизмов.

Силовой транзисторный ключ, содержит силовой транзистор, вспомогательный источник питания со средней точкой, оптронный транзистор, резистор, выходной каскад промежуточного усилителя, соединенный зажимами питания с положительным и отрицательным зажимами источника питания, выходом - с базой силового транзистора, коллектор оптронного транзистора соединен с резистором, второй вывод которого соединен с положительным полюсом источника питания, эмиттер силового транзистора соединен со средней точкой вспомогательного источника питания, первый диод соединен анодом с базой, а катодом - с коллектором оптронного транзистора и входом выходного каскада, резистор соединен первым выводом с отрицательным выводом источника питания, а вторым выводом - с базой оптронного транзистора, второй диод соединен анодом с эмиттером оптронного транзистора, а катодом - с отрицательным полюсом источника питания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Силовой транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, вспомогательный источник питания со средней точкой, оптронный транзистор, резистор, выходной каскад промежуточного усилителя, соединенный зажимами питания с положительным и отрицательным зажимами источника питания, выходом - с базой силового транзистора, коллектор оптронного транзистора соединен с резистором, второй вывод которого соединен с положительным полюсом источника питания, эмиттер силового транзистора соединен со средней точкой вспомогательного источника питания, отличающийся тем, что введены дополнительно диод и резисторы, причем первый диод соединен анодом с базой, а катодом с коллектором оптронного транзистора, входом выходного каскада, резистор соединен первым выводом с отрицательным полюсом источника питания, а вторым выводом с базой оптронного транзистора, второй диод соединен анодом с эмиттером оптронного транзистора, а катодом с отрицательным полюсом источника питания. 2. Ключ по п. 1, отличающийся тем, что введены конденсатор, резистор и диод, причем катод диода соединен с выводами резистора и конденсатора, анод соединен с базой оптронного транзистора, второй вывод конденсатора соединен с коллектором, второй вывод резистора с эмиттером оптронного транзистора.