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, 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 обмотки трансформатора, а коллекторы - к переходу затвор-исток МДП-транзистора (патент РФ, №2152127, Н 03 К 17/60, Н 02 М 7/537), 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 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, которая подключена 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 коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами 3 и 4 включенными в запирающем направлении, а переходы база-эмиттер - резисторами 5 и 6, причем эмиттеры транзисторов 1 и 2 соединены непосредственно, трансформатор 7 с первичной обмоткой 8 и вторичной обмоткой 9. Трансформатор 7 выполнен с дополнительной вторичной обмоткой 10 с понижающим коэффициентом трансформации по отношению к вторичной обмотке 9. Крайние выводы дополнительной вторичной обмотки 10 подключены к базам транзисторов 1 и 2, причем начало дополнительной вторичной обмотки 10 подключено к базе транзистора 1, а конец - к базе транзистора 2, начало вторичной обмотки 9 подключено к коллектору транзистора 1, а конец - непосредственно к истоку МДП-транзистора 11, затвор которого подключен к коллектору транзистора 2.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 8 трансформатора 7 коротких положительных импульсов с большой скважностью, на вторичной обмотке 9 и дополнительной вторичной обмотке 10 трансформатора 7 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 9 и с начала дополнительной вторичной обмотки 10 поступает соответственно на коллектор транзистора 1 и в цепь его базы по цепи - база транзистора 1, дополнительная вторичная обмотка 10, резистор 6, эмиттер транзистора 1. Транзистор 1 открывается и положительный потенциал с начала вторичной обмотки 9 через транзистор 1 и диод 4 поступает на затвор МДП-транзистора 11, отрицательный же потенциал с конца вторичной обмотки 9 непосредственно поступает на исток МДП-транзистора 11, происходит быстрый заряд емкости затвор-исток МДП-транзистора 11 и он открывается.

В паузе между короткими положительными импульсами на вторичной обмотке 9 присутствует небольшое отрицательное напряжение, но 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, дополнительная вторичная обмотка 10, резистор 5, эмиттер транзистора 2 и он будет закрыт, емкость затвор-исток МДП-транзистора 11 остается заряженной положительным напряжением и, следовательно, он остается открытым.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 8 трансформатора 7 коротких отрицательных импульсов с большой скважностью происходят аналогичные процессы, т.к. схема передачи потенциала от начала вторичной обмотки 9 трансформатора 7 к затвору МДП-транзистора 11 симметричная, при этом емкость затвор-исток МДП-транзистора 11 перезаряжается - на затвор относительно истока поступает отрицательное напряжение и МДП-транзистор 11 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 запитаны от дополнительной вторичной обмотки 10 с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки 9 и поэтому потребляют меньшую мощность от схемы управления. Помехоустойчивость предложенного устройства выше за счет того, что конец вторичной обмотки 9 трансформатора 7 подключен непосредственно к истоку МДП-транзистора 11, исток которого, как правило, в исполнительной цепи заземляется или соединяется с общей шиной и токи помех, воздействующие на вторичную обмотку 9 трансформатора 7, стекают в заземление или в общую шину.

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

При управлении импульсами с амплитудой 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 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 тем, что в силовой ключ на МДП-транзисторе (11), содержащий транзисторы (Т) (1, 2), базо-эмиттерные переходы которых зашунтированы резисторами (5, 6), а коллектор-эмиттер - диодами (3, 4) в запирающем направлении, коллектор Т (2) подключен к затвору МДП-транзистора (11), эмиттеры Т (1, 2) соединены, а коллектор Т (1) подключен к началу вторичной обмотки (9) трансформатора (ТР) (7), конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора (11). Кроме того, в ТР (7) введена дополнительная вторичная обмотка (10) с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки (9), подключенная к базам Т (1, 2). 1 ил.

Силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий транзисторы одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами в запирающем направлении, а переходы база - эмиттер резисторами, 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, которая подключена к базам транзисторов, причем начало дополнительной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора.