Электронный ключ Советский патент 1984 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики. Известен электронный ключ, содержащий силовой транзистор, трансформатор, диоды, генератор СОНедостатком данного ключа является низкий КПД из-за значительных потерь энергии в цепи управления силовым транзистором. Известен также электронный ключ, содержащий силовой транзистор, транс форматор с одной входной и двумя выходными обмотками, магнитный усилитель с рабочей, токовой и управляю щей обмотками, управляющий транзистор, широтно-импульсньй модулятор, генератор, стабилизатор напряжения, два диода, конденсатор, шины источни ка питания и нагрузку, причем эмиттер силового транзистора соединен с одйой из шин источника питания и средним выводом первой выходной обмо ки трансформатора, крайни вьгеоды которой через рабочую обмотку магнит ного усилителя связаны с базой силового транзистора, коллектор которого через токовую обмотку магнитного уси лителя и нагрузку соединен с другой шиной источнигса питания, эмиттер управляющего транзистора соединен со средним выводом второй выходной обмотки трансформатора, крайние выводы которой через управляющую обмотку магнитного усилителя связаны с коллектором управляющего транзистора, входная обмотка трансформатора включена между выходами генератора, шины питания которого соединены с соответ ствующими шинами источника питания . и шинами питания стабилизатора напря жения, выход и общая шина которого ,соединены с шинами питания модулятора, база управляющего транзистора соединена с выходом модулятора, а вход модулятора - с входной шиной 2. Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная большим тепловьщелением в силовом транзисторе во время нараста ния выходных напряжений генератора и стабилизатора напряжений. Целью изобретения является повышение надежности. Указанная цель достигается тем, что в элекФронный ключ, содержащий силовой транзистор, трансформатор с одной входной н двумя выходными обмотками, магнитньй усилитель с рабочей токовой и управляющей обмотками, управляющий транзистор, широтноимпульсный модулятор, генератор, стабилизатор напряжения, два диода, конденсатор,шины источника питания и нагрузку, причем эмиттер силового транзистора соединен с одной из шин источника питания и средним вьтодом первой выходной обмотки трансформатора, крайние выводы которой через рабочую обмотку магнитного усилителя связаны с базой силового транзистора, коллектор которого через токовую обмотку магнитного усилителя и нагрузку соединен с другой шиной источника питания, эмиттер управляющего транзистора соединен со средним выводом второй выходной обмотки трансформатора, крайние выводы которой через управляющую обмотку магнитного усилителя связаны с коллектором управляющего транзистора, входная обмотка трансформатора включена между выходами генератора, шины питания которого соединены с соответствующими шинами источника питания и шинами питания стабилизатора напряжения, выход и общая шина которого соединена с шинами питания модулятора, база управляющего транзистора соединена с выходом модулятора, а вход модулятора - с входной шиной, введены блокирующий транзистор, стабилитрон, резистор, третий диод, элемент И, выход которого подключен к базе блоикирующего транзистора и через резистор - к одноименным первым электродам диодов, первому выводу конденсатора и первому входу элемента И, при этом вторые электроды первого и второго диодов подключены к крайним выводам второй выходной обмотки трансформатора, второй электрод третьего диода подключен к коллекторам управляющего и блокирующего транзисторов и через стабилитрон - к эмиттерам управляющего и блокирующего транзисторов, второму выводу конденсатора и к общей шине стабилизатора напряжения и элемента И, второй вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения. На чертеже приведена электрическая схема предлагаемого электронного ключа. Электронный ключ содержит силовой транзистор 1, трансформатор 2 с первой выходной обмоткой 3 со средним

310

выводом 4 и крайними выводами 5, второй выходной обмоткой 6 со средним выводом .7 и крайними выводами 8 и входной обмоткой 9, магнитный усилитель 10 с рабочей обмоткой 11, токовой обмоткой 12 и управляющей обмоткой 13, нагрузку 14, источник 15 питания, управляющий транзистор 16, широтно-импульсный модулятор 17 с входом 18 управления, выходом 19 и шинами 20 питания, генератор 21 с шинами 22 питания и выходом 23, блокирующий транзистор 24, стабилитрон 25, резистор 26, конденсатор 27, три диода 28 - 30, стабилизатор 31 постоянно го напряжения с шинами 32 питания и выходом 33, элемент И 34 с двумя управляющими входами 35 и 36 и выхо- i дом 37.

Эмиттер силового транзистора 1 подключен к среднемувыводу 4 выходной обмотки 3 трансформатора 2, крайние выводы 5 которой через рабочую обмотку 11 магнитного усилителя 10 подключены к его базе. Коллектор силового транзистора 1 через обмотку 12 (обмотку токовой обраной связи) магнитного усилителя 10 и нагрузку 14 подключен к одной из шин источника 15 питания. Эмиттер управляющего транзистора 16 подключен к среднему выводу 7 выходной обмотки 6 трансформатора 2, крайние выводы 8 которой через управляющую обмотку 13 магнитного усилителя 10 подключены к его коллектору. База управляющего транзистора 16 подключена к выходу широтноимпульсного модулятора 17, шина 20 питания которого подключена к выходу 33 стабилизатора 31 постоянного напряжения. Выход 23 генератора 21 подключен к входной обмотке 9 трансформатора 2, Коллектор блокирующего транзистора 24 подключен к катоду стабилитрона 25, аноду диода 28 и коллектору управляющего транзистора 16. База блокирующего тра;нзистора 24 подключена к выходу 37 элемента И 34 и одному выводу резистора 26 Другой его вывод подключен к катодам диодов 28 - 30, первому входу 35 элемента И 34 и одному выводу конденсатора 27. Другой его вывод подключен к объединенным эмиттерам блокирующего транзистора 24 и управляющего транзистора 16 и аноду стабилитрона 25. Аноды диодов 29 и 30 подключены к крайним выводам 8 выход214

ной обмотки 6 трансформатора 2. Второй вход 36 элемента И 34 подключен к выходу 33 стабилизатора 31 постоянного напряжения, шины 32 питания которого подключены к источнику 15 питания. Шины 22 питания генератора 21 также подключены к источнику 15 питания. Общие шины стабилизатора 31 постоянного напряжения, элемента И 34 и широтно-импульсного модулятора 17 объединень и подключены к среднему вьюоду. 7 управляющей обмотки 6 трансформатора 2,

Устройство работает следующим образом.

Напряжение между точками Б пропорционально напряжению между точками А и Б, так как базовьц контур силового транзистора f и коллекторноэмиттерный контур управляющего .транзистора 16 выполнен по принципу подобия. Поэтому в том случае, когда управляющий транзистор 16 насыщен и напряжение между точками А и Б равно нулю, то и напряжение между точками А и Б также равно нулю. Силовой транзистор 1 закрыт.

При включении источника 15 питания напряжение одновременно подается через нагрузку 14, токовую обмо.тку 12, выполняющей функции обмотки обратной связи магнитного усилителя 10, на коллекторно-эмиттерный переход силового транзистора 1, на шины 22 питания генератора 21, вырабатьщающего прямоугольное напряжение, и на шины 32 питания стабилизатора 31 постоянного напряжения. Время выхода генератора 21 и стабилизатора 31 постоянного напряжения на номинальный режим работы определяется переходными

процессами, происходящими в этих бло|Ках. До тех пор, пока напряжение на входной обмотке 9 трансформатора 2, определяемое напряжением выхода 23 генератора 21, и напряжением на выходе 33 стабилизатора 31 постоянного иапряжения не достигнут своих номинальных значений, силовой транзистор 1 закрыт, так как закорочены точки А и Б. В первый момент после включения напряжения источника 15.питания, когда на выходах 23 и 33 еще нет напряжений, точки А и Б закорочены через диод 28 и конденсатор 27. По мере нарастания напряжения на выходной обмотке 6 трансформатора 2, напряжение на конденсаторе 27 нарастает до величины, равной выпрямленному диодами 29 и 30 номинальному значению напряжения на этой обмотке. В то время; как только напряжение на конденсаторе 27 превысит пороговое напряжение база - эмиттерного перехода блокирующего транзистора 24, в его базу через резистор 26 потечет ток, обеспечивая его насьщенное состояние и, тем самым, закороченное состояние точек А и Б до окончания переходных процессов. Сигнал, разрешающий нормальную работу транзисторного ключа, вырабатьгоается следующим образом. На входы 35 и 36 элемента И 34 подаются напряжения выхода 33 стабилизатора 31 постоянного напряжения и выпрямленное диодами 29 и 30 напряжение обмотки 6 трансформатора 2. Сигнал с выхода 37 элемента И 34 обеспечивает закрывание блркирующего транзистора 24 только в том случае, если оба напряже ния на его входах достигнут номинальных величин. При наличии такого сигнала, управление управляющим транзистором 16, что соответствует управлению силовым транзистором 1, происходит по сигналам, поступающим на его базу с выхода 19 широтно-импульсного модулятора 17 в соответствии с сигналом Ug поступаязщим на вход 18, таким образом достигается регулирование среднего значения тока 3e,j, нагрузки 14. При несоответствии какого-либо напряжения на управляющих входах 35 10 1. 6 и 36 элемента И 34 номинальному, например при выкJpoчeнии источника 15 питания, сигнал с его выхода 37 не обеспечивает закрывание блокирукяцего .транзистора 24. В этом случае, ток разряда конденсатора 27 через резистор 26 поступает на базу блокирующего транзистора 24, обеспечивая его насыщенное состояние, т.е. закороченное состояние точек А и Б. Стабилитрон 25 защищает коллекторно-эмиттерные переходы управляющего транзистора 16 и блокирунлцего транзистора 24 в случае перенапряжений в точках А и Б, например при паразитных выбросах напряжения в моменты переключения силового транзистора 1. Диод 28 предотвращает протекание тока разряда конденсатора 27 через открытые коллекторно-эмиттерные переходы управляющего транзистора 16 и блокирующего транзистора 24 и стабилитрона 25. Использование изобретения позволит повысить надежность электронного ключа за счет обеспечения запертого состояния силового транзистора во время переходных процессов при коммутации питающего напряжения. Электронный ключ испытан в составе силового мостового преобразователя мощностью 2 кВт. Испытания подтверждают эффективность при работе преобразователя без дополнительных коммутирующих уст14ойств, при этом надежность мостового преобразователя повьш1ается на 10-15%.

ЭЛЕКТРОННЫЙ КЛЮЧ, содержащий силовой транзистор, трансформатор с одной входной и двумя выходными обмотками, магнитный усилитель с рабочей, токовой и управляющей обмотками, управляющий транзистор, широтноимпульсный модулятор, генератор, стабилизатор напряжения, два диода, конденсатор шины источника питания и нагрузку, причем эмиттер силового транзистора соединен с одной из шин источника питания и средним выводом первой выходной обмотки трансформатора, крайние вьшоды которой через рабочую обмотку магнитного усилителя связаны с базой силового транзистора, коллектор которого через токовую обмотку магнитного усилителя и нагрузку соединен с другой шиной источника питания, эмиттер управляющего транзистора соединен со средним выводом . второй выходной обмотки трансформатора, крайние вьшоды которой через управляющую обмотку магнитного усилителя связаны с коллектором управляющего транзистора, входная обмотка трансформатора включена между выходами генератора, шины питания которого соединены с соответствующими щинами источника питания и шинами питания стабилизатора напряжения, выход которого и общая шина соединены с шинами питания модулятора, база управляющего транзистора соединена с выходом модулятора, а вход модулятора- с входной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены блокирующий транзистор (Л стабилитрон, резистор, третий диод, с элемент И, выход которого подключен к базе блокирующего транзистора и через резистор - к одноименным первым , электродам диодов, первому выводу конденсатора и первому входу элемента И, при этом вторые электроды пер00 вого и второго диодов подключены к крайним выводам второй выходной мотки трансформатора, второй электрод третьего диода подключен к коллектою рам управляющего блокирующего транзисторов и через стабилитрон - к эмиттерам управляющего и блокирующего транзисторов, второму выводу конденсатора и к общей щине стабилизатора напряжения и элемента И, второй вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения.