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, диоды, транзисторы одинаковой проводимости, между базами которых включен резистор, эмиттеры подключены ко вторичной обмотке трансформатора, а коллекторы - к переходу затвор-исток МДП-транзистора, а базо-эмиттерные переходы транзисторов зашунтированы диодами в запирающем направлении (патент РФ №2223596, Н 03 К 17/567, Н 02 М 7/537), который выбран в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются недостаточно высокий КПД по цепи управления и помехоустойчивость.

Целью изобретения является повышение КПД и помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что эмиттеры транзисторов соединены непосредственно, а коллектор другого транзистора подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора, кроме того, в трансформатор введена дополнительная вторичная обмотка с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки, подключенная последовательно с резистором к базам транзисторов, причем начало дополнительной вторичной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу 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, эмиттеры которых соединены непосредственно, а базо-эмиттерные переходы зашунтированы диодами 3 и 4, включенными в запирающем направлении, трансформатор 5 с первичной обмоткой 6 и вторичной обмоткой 7, трансформатор 5 выполнен с дополнительной вторичной обмоткой 8 с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки 7, дополнительная вторичная обмотка 8 подключена последовательно с резистором 9 к базам транзисторов 1 и 2, причем начало дополнительной вторичной обмотки 8 подключено к базе транзистора 1, а конец через резистор 9, к базе транзистора 2, начало вторичной обмотки 7 подключено к коллектору транзистора 1, а конец - непосредственно к истоку МДП-транзистора 10, затвор которого подключен к коллектору транзистора 2.

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 и дополнительной вторичной обмотке 8 трансформатора 5 также появляются короткие положительные импульсы с большой скважностью, небольшое отрицательное напряжение, присутствующее между короткими положительными импульсами, мало и им можно пренебречь.

Положительный потенциал с начала вторичной обмотки 7 и с начала дополнительной вторичной обмотки 8 поступает соответственно на коллектор транзистора 1 и в цепь его базы по цепи - база транзистора 1, дополнительная вторичная обмотка 8, резистор 9, диод 4, эмиттер транзистора 1. Транзистор 1 открывается и положительный потенциал с начала вторичной обмотки 7 через транзистор 1, диод 4 и прямо смещенный переход база-коллектор транзистора 2 поступает на затвор МДП-транзистора 10, отрицательный же потенциал с конца вторичной обмотки 7 непосредственно 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 дополнительной вторичной обмотке 8 присутствует небольшое отрицательное напряжение, но его величины недостаточно для открывания транзистора 2 по цепи - база транзистора 2, резистор 9, конец дополнительной вторичной обмотки 8, начало дополнительной обмотки 8, диод 3, эмиттер транзистора 2 и транзистор 2 будет закрыт, емкость затвор-исток МДП-транзистора 10 остается заряженной положительным напряжением и, следовательно, 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 передачи потенциала от начала вторичной обмотки 7 трансформатора 5 к затвору МДП-транзистора 10 симметричная, при этом емкость затвор-исток МДП-транзистора 10 перезаряжается - на затвор относительно истока поступает отрицательное напряжение и МДП-транзистор 10 закрывается.

В предлагаемом устройстве КПД по цепи управления больше за счет того, что базовые цепи транзисторов запитаны от дополнительной вторичной обмотки 8 с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки 7 и поэтому потребляют меньшую мощность от схемы управления. Помехоустойчивость предложенного устройства выше за счет того, что конец вторичной обмотки 7 трансформатора 5 подключен непосредственно к истоку МДП-транзистора 10, который, как правило, в исполнительной цепи заземляется или соединяется с общей шиной, и токи помех, воздействующие на вторичную обмотку 7 трансформатора 5, стекают в заземление или на общую шину.

Опытный образец устройства был собран на транзисторной матрице 1НТ251, диодах 2Д522Б, трансформаторе ТИМ 152, МДП-транзисторе 2П762А, резисторе 330 Ом.

При управлении импульсами с амплитудой 5В, τ=2 мкс, Q=40 ключ коммутировал ток 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 КПД и помехоустойчивости. Технический результат достигается тем, что в силовой ключ на МДП-транзисторе (10), содержащий транзисторы (Т) (1, 2), между базами которых включен резистор (Р) (9), а базо-эмиттерные переходы зашунтированы диодами (3, 4) в запирающем направлении, коллектор Т (2) подключен к затвору МДП-транзистора (10), эмиттеры Т (1, 2) соединены, а коллектор Т (1) подключен к началу вторичной обмотки (7) трансформатора (ТР) (5), конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора (10). Кроме того, в ТР (5) введена дополнительная вторичная обмотка (8) с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки (7), подключенная последовательно с Р (9) к базам Т (1, 2). 1 ил.

Силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий транзисторы одинаковой проводимости, между базами которых включен резистор, а базо-эмиттерные переходы зашунтированы диодами в запирающем направлении, коллектор одного из транзисторов подключен к затвору МДП-транзистора, трансформатор, отличающийся тем, что эмиттеры транзисторов соединены непосредственно, а коллектор другого транзистора подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора, кроме того, в трансформатор введена дополнительная вторичная обмотка с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки, подключенная последовательно с резистором к базам транзисторов, причем начало дополнительной вторичной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора.