Транзисторный ключ Советский патент 1984 года по МПК H03K17/60 H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования постоянного напряжения в переменное посредством инверторов на транзисторных ключах. Дпя снижения динамических потерь мощность, рассеиваемых при выключении силового транзистора, применяют ся R-C-D цепочки, включенные параллельно транзистору Л . Недостаток этого решения состоит в ограниченности частотного диапазо на определяемом временем, необходимы для перезаряда конденсатора. Известны та1сже устройства, в которых параллельно транзистору подключается при выключении накопитель ный диод, время восстановления обрат ного сопротивления которого превышает время выключения транзистора. Наиболее близким к изобретению по технической супщости является тр зисторньй ключ, содержащий силовой транзистор, блок управления, накопительный диод, первый электрод которо го соединен с коллектором транзистор а второй электрод через резистор, шунтированный возвратным диодом, . подключен к низковольтному вспомогательному источнику напряжения 2. Наличие в известном транзисторном ключе вспомогательного источника напряжения приводит как к усложнению схемы, так и к снижению КПД ключа за счет активных потерь в резисторе, того, время восстановления накопительного диода нестабильно и является функцией тока нагрузки ключа. Так в режимах изменяющейся нагрузки может не выполняться услови превышения времени восстановления обратного сопротивления накопительного диода над временем выключения транзистора, и схема ограничения перестает работать, что приводит к снижению надежности ключа. Целью изобретения является повышение КПД и надежности. Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор с блоко управления и накопительный диод, со диненный первым электродом с коллек тором транзистора, введены трансформатор тока и ограничитель напряжекия причем первая обмотка трансформатора тока включена последовательно в нагрузочную цепь ключа, вторая 96 .2 обмотка одним концом соединена с вторым электродом накопительного диода, другим - с эмиттером транзистора, а третья обмотка подключена к ограничителю напряжения. В качестве ограничителя может быть использован диодный мост, нагруженньй на стабилитрон, резистор, шунтированный конденсатором или на цепь питания ключа. На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого ключа; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы,- на фиг. 3-5нарианты схем транзисторного ключа с различным выполнением блока ограничения; на фиг. 6 - пример использования ключа в схеме полумостового инвертора. Электрическая схема ключа (фиг. 1) содержит силовой транзистор 1, блок 2 управления и накопительный диод 3, трансформатор 4 тока с обмотками 5-7 и ограничитель 8 напряжения. Причем обмотка 5 трансформатора 4 тока включена последовательно в нагрузочную цепь ключа, обмотка 6 одним концом соединена с анодом накопительного диода 3, другим - с эмиттером транзистора 1, а обмотка 7 подключена к ограничителю 8 напряжения. Во время открытого состояния транзистора 1 (интервал времени , фиг. 2,,а) схема работает аналогично известной с той лишь разницей, что ток через накопительный диод 3 обеспечивается трансформатором тока 4. Очевидно, что при этом форма тока через накопительный диод 3 определяется характером нагрузки ключа и соответствует величине тока нагрузки в масштабе, определенном коэффициентом трансформации трансс1юрматора 4 (нагрузка принята активно-индуктивная фиг. 2). Через коллектор транзистора 1 течет суммарный ток накопительного диода 3 и ток нагрузки. Напряжение на открытом транзисторе 1 равно напряжению его насыщения и 5нас Р подаче запирающего импульса ток коллектора падает с постоянной времени выключения транзистора 1 (интервал , фиг. 2). Ток нагрузки начинает протекать по насы-щенному накопительному диоду 3, в базе которого находится значительный избыточный заряд неосновных носителей. Ток диода 3 „ри этом изменяет полярность. ,Т;,я создаиия пути протекания тока через трансформатор 4 параллельно его обмотке 7 подключе ограничитель 8 напряжения. onJn «горое определяется вр. .енем рассасывания избыточньпс носителей в области базы коллекторе закрывающего транзистора 1. поддерживается постоянное напряжение, определяемое коэффициентом трансформации трансФорматора 4 тока и напряжением огра ничения ограничителя 8. Ограничитель напряжения может быть выполнен в виде диодного моста со стабилитроном на стороне постоян ного тока либо в виде диодного моста, подключенного со стороны постоянного тока к источнику питания тран зисторного ключа, либо в виде диодного моста с параллельно вытшюченным резистором и конденсатором на стороке постоянного тока. В качестве ограничителя может быть применен диодньй мост 9 со стабилитроном 10 на стороне постоянного тока (фиг. 3),диодньйГст тороГ1Г ° включенными резистором 11 и конденсатором 12 на стороне постоянного тока (фиг. 4) пиодньй мост 9, подключений со постоянного тока к источнику питания транзисторного ключа 1 (фиг. 5). В полумостовом инверторе напряжения к источнику постоянного напря796«еиия подключены цепи, состоящие из двух последовательно соединенных конденсаторов 13 и 14, образу™ емкостной делитель напряженияГ ух последовательно соединенных д;;о;:в 1Ь и 16 обратного тока и двух последовательно соединенных силовых транзисторов 17 и 18. Нагрузка подключаетсй к точкам соединения дв конденсаторов и соединенных меадГсобои средних точек диодов и транзисторов. Управление транзисторами осуществляется блоком 19 управления: Для уменьшения потерь на выключение в транзисторах инвертора в его схему введены накопительные диоды 20 и ° °б«° ками 23-26 и ограничитель 27 напряжения . Применение предлагаемого устройства позволит уменьшить общие потери мощности в ключе в 1.,5-2 раза по сравнению с известной схемой за счет чения кпоГ ° « Р-ения ограничения. Кроме того, упрощается схема кпюча, так как нет необходимости в дополнительном источнике напряжеия, что особенно существенно в реаьных схемах инверторов, используюих два и более ключей. Одновремено благодаря наличию трансформаторной оложительной обратной связи межд оком коллектора и током накопителього диода исключается их функционаьная зависимость, что позволяет овысить надежность транзисторного люча.

I. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий силовой транзистор, блок управления, накопительный диод, первый электрод которого соединен с коллектором транзистора, отличающий с я тем что, с целью повышения КПД и надежности, в него , . -введены трансформатор тока и ограни i tJ;w. читель напряжения, причем первая обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь нагрузки ключа, вторая обмотка одним концом, соединена с вторым электродом накопительного диода, другим - с эмиттером транзистора, а третья обмотка подключена к ограничителю напряжения. 2.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста со стабилитроном, включенным на стороне постоянного тока. 3.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель § напряжения выполнен в виде диодного моста с параллельно включенными ре(Л зистором и конденсатором на стороне постоянного тока. с 4.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста, подключенного со стороны постоянного тока к источнику питания транзисторного ключа. 00 со О5