Транзисторный ключ с защитой от перегрузки Советский патент 1983 года по МПК H03K17/81 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в регуляторах напряжения, преобразователях частоты, инверторах тока и напряжения. .

Известен транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий силовой транзистор, конденсатор задержки, резисторные делители напряжения 1.

Данный ключ имеет сложную схему управления, состояющую из большого числа логических элементов.

Известен также транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий управляющий транзистор, эмиттер которого подключен к.одной из шин источника питания и первым выводам конденсатора задержки и первого резистора, а коллектор через пер вый резисторннй делитель - к второй шине источника питания, первому выводу второго резисторного делителя и эмиттеру силового транзистора, база которого соединена со средним выводом первого резисторного делителя 2.

Извeqтный транзисторный ключ с защитой от перегрузки обладает низкой надежностью неограниченно величины и времени действия тока короткого замыкания.

Цель изобретения - повышение надежности .

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий управляющий транзистор, эмиттер которого подключен к одной из шин источ10ника питания и первым выводам конденсатора задержки и первого резистора, а коллектор через первый резисторный делитель - к второй тине источника питания, первому выводу

15 второго резисторного делителя и эмиттеру силового транзистора база которого соединена со средним выводом первого резисторного делителя, введены по три дополнительных

20 транзистора и резистора, при этом эмиттер первого дополнительного транзистора подключен через переход коллектор - эмиттер второго дополнительного транзистора к эмит25 теру силового транзистора, коллектор первого дополнительного транзистора соединен с вторым выводом конденсатора задержки и через первый дополнительный резистор с баэой

30 третьего дополнительного транзистоpa и вторым выводом первого резистора, который через второй дополнительный резистор соединен с коллектором управляющего транзистора, база которого „соединена с входной клеммой, а коллектор через третий дополнительный резистор - с базой первого дополнительного транзистора, кроме того, база второго дополнительного транзистора подключена к среднему выводу второго резисторного делителя, второй вывод которого соединен с коллектором силового транзистора.

На фиг. 1 представлена схема транзисторного ключа с защитой от перегрузки j на фиг, 2 - диаграмма токов и напряжений, поясняющая работу дан ного ключа.

Транзисторный ключ содержит управляювий транзистор 1, дополнительные первый 2, второй 3 и третий 4 транзисторы, первый резистор 5, дополнительные резисторы 6,7 и 8, резисторные делители 9-12 напряжения, конденсатор 13 задержки, источник 14 питания, силовой транзисторный ключ 15, входную шину 16.

На фиг. 2 изображены; 17 - состояние (открыт или закрыт } транзистора 1 ; la - состояние транзис-гора 4 / 19 - состояниеTpaHsjicTOpa 2/ 20 состояние транзистора 3 21 - форма базового тока силового транзистора 15; 22 - форма напряжения на коллекторе силового транзистора 15; 23 напряжение на конденсаторе 13. При графическом изображении состояния транзисторов принято следующее: наличие сигнала - транзистор открьзт, отсутствие сигнала - транзистор закрыт .

Работа устройства для управления транзисторным.ключом осуществляется следующим образом.

В нормальном режиме работы при отсутствии управляющего сигнала т.е. на интервале О - t транзисторм 1, 4, 2 и 15 закрыты,а транзистор 3 открыт. Затем в момент времени t управляющий транзистор 1 и первый дополнишельный транзистор 2 открываются (17 и 19), и на вход силового транзистора 15 подается базовый ток 21, под действием которо- го спустя время включения 12 открывается (22) силовой транзистор 15 и закрывается (20) транзистор 3. На интервале tj конденсатор 13 заряжается по цепи 14-13г2-3-14. Напряжение 23 на конденсаторе 13 за время 12 не успевает достичь напряжения срабатывания защиты Чсро15- При; этом транзистор 4 остатся закрытым (18).

В момент времени t под действием правляющего сигнала управляющий первый дополнительный транзисторы

1 и 2 запираются и прекращают пос тупление входного тока 21, отпирающего силовой транзистор 15. Спустя время рассасывания t запирается силовой транзистор 15 и на его 5 выходе появляется напряжение 22, под действием которого открывается (20) второй дополнительный транзистор 3. При этом на интервале ц третий дополнительный транзистор 4 остает 0 ся закрытым (18). Далее процессы повторяются.

При кратковременной помехе на интервале t-,- tg устройство работает так же, как и в нормальном режиме.

В случае внешнего короткого замыкания в момент времени t силовой транзистор 15 входит в активную область, напряжение 22 на его коллекторе возрастает и второй дополни тельный транзистор 3 открывается Д20). С этого мокйнта конденсатор 13 заряжается по цепи 14-13-12 - 14 и за время tg- t- gнапряжение 23 на его зажимах достигает к моменту величины порога срабатывания .

После этого третий дополнительный транзистор 4 открывается (18), шунтирует входную цепь управляюгде0 го транзистора 1 и запирает (17, 19) транзисторы 1 и 2, при этом поступление входного тока 21 прекращается, и силовой транзистор 15 запирается. Одновременно с запиранием транзисто5 ра 2 начинает разряжаться по цепи 13-4-5-6-13 конденсатор 13. Так как транзисто 1 и 4 охвачены положительной обратной связью, через вто- рой дополнительный резистор 7, то

0 отпускание защиш произс дет достаточно Лыстро при достижении напряжением 23 на конденсаторе 13 величины напряжения отпускания ., В момент времени t, закрывается (18 Т

С транзистор 4 и открываются (17, 19) транзистор 1 и 2, которые прИоткрыг вают (22) силовой транзистор 15. Далее процессы повторяются.

Таким образом, устанавливается ав- токолёбательньтй режим с периодом

t iTVpn котором, на интервале импульса t 2 (5-1 Омкс) силовой транзистор 15 находится в активной об.ласти И его коллекторный ток ограничивается лишь значением р, а

5 на интервале паузы t.j-t (1-2 мс) .силовой транзисторный ключ 15 закjMJT. Период автоколебаний может быть задан любым, независимо от периода следования управляющих.импу0 льсов. Действующее значение тока, протекающего через силовой транзисторный ключ из-за большой скважности импульсо1а мало, а время нахождения транзисторного ключа в ак5 тивной области недостаточно для

развития вторичного пробоя структуры, и поэтому транзисторный ключ не выходит из строя при длительной работе в этом режиме.

Транзисторный ключ по сравнению .с прототипом имеет более высокое быстродействие за -счет релейной характеристики цепи управления на транзисторах 1 и 4 и резисторах 6 и 7, что позволяет уменьшить броски тока и потери мощности на переключение и повысить надежность его работы.

Транзисторный ключ позволяет выбрать наперед заданное время работы силового транзистора iS в активной области tg-t.,Q и также время его открытого состояния t,Q- t,,исходя из условий его безопасной работы, посредством дополнительных транзисторов 2 и 3 и выбора параметров резисторов б и 7 и конденсатора 13 задержки. также позволяет повысить надежность работы транзисторного ключа.

Формула изобретения

Транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий управляющий транзистор, эмиттер которого .под-. ключен к одной из шин источника питания и первым выводам конденсатора задержки и первого резистора, а коллектор через первый резисторный делитель - к второй шине источника питания, первому выводу

второго резисторного делителя и эмиттеру силового транзистора, база которого соединена со средним выводом первого резисторного делителя, отличающийся тем,

что, с целью повышения его надеж ности, в него введены по три дополнительных транзистора и резистора, при этом эмиттер первого дополнительного транзистора подключен через переход коллектор-эмиттер второго до полнительного транзистора к эмиттеру силового транзистора, коллектор первого дополнительного транзистора соединён с вторым выводом конденсатора

задержки и через первый дополнительный резистор с базой третьего дополнительного транзистора и вторым выводом первого резистора, которляй через второй дополнительный резистор .

соединен с коллектором управляющего транзистора, база которого соединена с входной клеммой, а коллектор через третий дополнительный резистор - с базой первого дополнительного транзистора, кроме того, база второго дополнительного транзистора подключена к выведу второго резисторного делителя, второй вывод которбго соединен с коллектором силового транзистора.

Источники информации, принятые ,,so внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 762183, KJi. Н 03 К17/60, 07.09.80.

2.Авторское свидетельство СССР № 438144, кл. Н 03 К 17/60, 30.07.74

(прототип).

s