СИЛОВОЙ КЛЮЧ НА МДП-ТРАНЗИСТОРЕ Российский патент 2005 года по МПК H03K17/567 H03K17/691 H02M7/537 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных бесконтактных коммутационных устройствах.

Известен силовой ключ, содержащий разделительный трансформатор, два взаимодополняющих биполярных транзистора, конденсаторы, резисторы и диоды (Высокочастотные конверторы на мощных МДП-транзисторах / Б.В.Кабелев - ЭТвА, 1984, вып.15, с.27, рис.5).

Однако этот ключ не позволяет коммутировать длительные импульсы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий трансформатор, транзисторы, резисторы и диоды, у двух транзисторов одинаковой проводимости, между базами включен резистор, переходы база-эмиттер зашунтированы резисторами, а переходы коллектор-эмиттер - диодами, включенными в запирающим направлении, эмиттеры подключены к вторичной обмотке трансформатора, а коллекторы - к переходу затвор-исток МДП-транзистора (патент РФ №2152127, Н 03 К 17/567), который выбран в качестве прототипа.

Целью изобретения является повышение надежности и КПД.

Поставленная цель достигается тем, что вторичная обмотка трансформатора выполнена с отводами, образующими две дополнительные обмотки относительно крайних выводов, причем каждый отвод, ближний к крайнему выводу вторичной обмотки трансформатора, подключен к второму выводу базового резистора того транзистора, эмиттер которого соединен с этим крайним выводом вторичной обмотки трансформатора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема силового ключа на МДП-транзисторе.

Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит транзисторы 1 и 2 одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами 3 и 4 в запирающим направлении, трансформатор 5 с первичной обмоткой 6 и вторичной обмоткой 7, крайние выводы 8 и 9 которой подключены к эмиттерам транзисторов 1 и 2, коллекторы которых подключены к переходу затвор-исток МДП-транзистора 10, базовые резисторы 11 и 12, первые выводы которых подключены к базам транзисторов 1 и 2, вторичная обмотка 7 трансформатора 5 выполнена с отводами 13 и 14, образующими две дополнительные обмотки 8-13 и 14-9 относительно крайних выводов 8 и 9, каждый отвод, ближний к крайнему выводу вторичной обмотки 7 трансформатора 5, подключен к второму выводу базового резистора того транзистора, эмиттер которого соединен с этим крайним выводом вторичной обмотки 7 трансформатора 5.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 6 трансформатора 5 коротких положительных импульсов с большой скважностью на вторичной обмотке 7 трансформатора 5 также появляются короткие импульсы с большой скважностью, небольшое отрицательное напряжение, присутствующее между короткими положительными импульсами мало, и им можно пренебречь.

Положительный потенциал с крайнего вывода 8 обмотки 7 трансформатора 5 через диод 3 поступает на затвор МДП-транзистора 10, транзистор 1 в это время закрыт, т.к. на его базу через резистор 11 и отвод 13 вторичной обмотки 7 трансформатора 5 поступает отрицательный потенциал относительно эмиттера и крайнего вывода 8 вторичной обмотки 7 трансформатора 5, положительный потенциал на базе транзистора 2 больше, чем на его эмиттере, он открывается и отрицательный потенциал с крайнего вывода 9 обмотки 7 трансформатора 5 поступает на исток МДП-транзистора 10, происходит быстрый заряд емкости затвор-исток МДП-транзистора 10 и он открывается.

В паузе между короткими положительными импульсами на вторичной обмотке 7 трансформатора 5 присутствует небольшое отрицательное напряжение, на обмотке 8-13 оно будет еще меньше и его величины недостаточно для открывания транзистора 1 и разряда емкости затвор-исток МДП-транзистора 10 и он остается открытым.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 6 трансформатора 5 коротких отрицательных импульсов с большой скважностью происходят аналогичные процессы, т.к. схема устройства симметричная, при этом емкость затвор-исток МДП-транзистора 10 перезаряжается - на затвор-исток МДП-транзистора 10 поступает отрицательное напряжение и он закрывается.

В предлагаемом устройстве на один элемент (резистор) меньше, чем в прототипе, следовательно, его надежность выше за счет использования меньшего количества элементов, КПД предложенного устройства больше за счет того, что базовые цепи транзисторов подключены автотрансформаторно ко вторичной обмотке с понижающим коэффициентом трансформации и поэтому потребляют меньшую мощность от схемы управления.

Опытный образец устройства был собран на транзисторной матрице 1 НТ 251, два транзистора которой использовались как транзисторы, два других - в диодном включении вместо диодов, МДП-транзистор 2 П 762 А, трансформатор был намотан на сердечнике от трансформатора ТИМ 257 с коэффициентами трансформации 1+1; 0,33+1,66+0,33.

При управлении импульсами 5 В, τ=2 мкс, Q=40 ключ коммутировал 20 А с длительностью фронтов 35 нс, при этом ток потребления схемы, формирующей управляющие импульсы, составлял 0,8 мА при U_ПИТ=5 В.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Изобретение относится к импульсной технике для использования в безконтактных коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности и КПД. Технический результат достигается выполнением трансформатора (ТР) (5) с дополнительными отводами (13), (14), образующими две дополнительные обмотки относительно крайних выводов, причем каждый отвод (13) и (14) через резистор (11) и (12) подключен к базе транзистора (1) и (2), эмиттер которого соединен с крайним выводом (8) и (9) той же дополнительной обмотки. Коллекторно-эмиттерные переходы Т (1) и (2) зашунтированы диодами (3) и (4) в запирающем направлении. Коллектор Т (1) подключен к затвору, а коллектор Т (2) - к истоку МДП-транзистора (10). 1 ил.

Силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий транзисторы одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами в запирающем направлении, трансформатор, крайние выводы вторичной обмотки которого подключены к эмиттерам транзисторов, коллекторы которых подключены к переходу затвор-исток МДП-транзистора, базовые резисторы, первые выводы которых подключены к базам транзисторов, отличающийся тем, что вторичная обмотка трансформатора выполнена с отводами, образующими две дополнительные обмотки относительно крайних выводов, причем каждый отвод, ближний к крайнему выводу вторичной обмотки трансформатора, поключен к второму выводу базового резистора того транзистора, эмиттер которого соединен с этим крайним выводом вторичной обмотки трансформатора.