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 запирающем 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.

Недостатками прототипа являются недостаточно высокая надежность, КПД по цепи управления и помехоустойчивость.

Целью изобретения является повышение надежности, КПД и помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в трансформатор введена дополнительная обмотка, крайние выводы которой подключены к базам транзисторов, эмиттеры которых соединены непосредственно, к точке соединения эмиттеров через резистор подключена средняя точка дополнительной обмотки, а ее начало подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора.

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 запирающем направлении, трансформатор 5 с первичной обмоткой 6 и вторичной обмоткой 7, трансформатор 5 выполнен с дополнительной обмоткой 8, средний вывод которой через резистор 9 соединен с точкой соединения эмиттеров транзисторов 1 и 2, а крайние выводы дополнительной обмотки подключены к базам транзисторов 1 и 2, причем начало дополнительной обмотки 8 подключено к базе транзистора 1, а конец - к базе транзистора 2, начало вторичной обмотки 7 подключено к коллектору транзистора 1, 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 и дополнительной 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 обмотки 7 и начала дополнительной обмотки 8 поступает соответственно на коллектор транзистора 1 и в цепь его базы, по цепи - база транзистора 1, начало дополнительной обмотки 8, средний вывод дополнительной обмотки 8, резистор 9, эмиттер транзистора 1. Транзистор 1 открывается и положительный потенциал с начала обмотки 7 через него и диод 4 поступает на затвор МДП-транзистора 10, отрицательный же потенциал с конца обмотки 7 непосредственно поступает на исток МДП-транзистора 10, происходит быстрый заряд емкости затвор-исток МДП-транзистора 10 и он открываться.

В паузе между короткими положительными импульсами на вторичной обмотке 7 трансформатора 5 присутствует небольшое отрицательное напряжение и его величины недостаточно для открывания диода 3, к базе транзистора 2 будет приложено небольшое положительное напряжение, недостаточное для его открывания по цепи - база транзистора 2, конец дополнительной обмотки 8, средняя точка дополнительной обмотки 8, резистор 9, эмиттер транзистора 2 и он будет закрыт и емкость затвор-исток МДП-транзистора 10 остается заряженной положительным напряжением 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 передачи потенциала от начала обмотки 7 трансформатора 5 к затвору МДП-транзистора 10 симметрична, при этом емкость затвор-исток МДП-транзистора 10 перезаряжается - на затвор относительно истока поступает отрицательное напряжение и МДП-транзистор 10 закрывается.

В предлагаемом устройстве на два элемента (резистора) 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 запитаны от дополнительной обмотки 8 с понижающим коэффициентом трансформации относительно 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, исток которого, 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 в общую шину.

Опытный образец устройства был собран на транзисторной матрице 1НТ251, диодах 2Д522Б, МДП-транзисторе 2П762А, трансформаторе ТИМ 254.

При управлении импульсами с амплитудой 9 В, τ=2 мкс, Q=40 ключ коммутировал ток 20 А с длительностью фронтов 35 нс, при этом ток потребления схемы, формирующей управляющие импульсы, составлял 0,4 мА при U_пит=9 B.

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, КПД и помехоустойчивости. Технический результат достигается введением в трансформатор (5) дополнительной обмотки, крайние выводы которой подключены к базам транзисторов (1 и 2), эмиттеры которых соединены и через резистор (9) подключены к средней точке дополнительной обмотки, а коллекторно-эмиттерные переходы зашунтированы диодами (3 и 4) в запирающем направлении. Коллектор Т (1) подключен к началу вторичной обмотки ТР (5), конец которой подключен к истоку МДП-транзистора (10), затвор которого соединен с коллектором Т (2). 1 ил.

Силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий транзисторы одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами в запирающем направлении, коллектор одного из транзисторов подключен к затвору МДП-транзистора, трансформатор, резистор, отличающийся тем, что в трансформатор введена дополнительная обмотка, крайние выводы которой подключены к базам транзисторов, эмиттеры которых соединены непосредственно, к точке соединения эмиттеров через резистор подключена средняя точка дополнительной обмотки, а ее начало подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора.