Транзисторный ключ Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовансх в ключевых элементах импульсных ста билизаторов постоянного напряжения и статических преобразователях элек трической энергии. Известен ключевой элемент с эффективной схемой возбуждения базы выходного транзистора с большой величиной переключаемого тока, содерж щий силовой транзистор, база которо го соединена через последовательно соединеиный дроссель и первый ключевой транзистор с одной шиной пита ния, а через второй ключевой транзистор - с второй шиной питания и эмиттером силового транзистора, коллектор которого через нагрузку связан с первой шиной питания, кроме того, точка соединения дросселя и первого ключевого эЛ1емента связан через подпитывакиций диод с второй юинс питания ft 3Недостатком указанного элемента является большое время выключения из-за необходимости задания величины базового тока, гарантирующей полное включение транзистора при максимально возможном токе нагрузки и минимальном коэффициенте его усиления Выполнение указанного требов ния приводит к тому, что практическ силовой транзистор в-открытом состо нии находится в глубоком насьпцении. Наиболее близким к предлагаемому является транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектор которого связан через нагрузки с Первой шиной питайия, база через коллекторно-эмиттерный переход запи рамцего транзистора с эмиттером и н посредственно с другой ценной питани компаратор, инвертирующим входом связанный с клеммой для подключения опорного напряжения,, отпирающий тра зистор, резистор, первым выводо11 соединенный с неинвертйрующим входо конпаратора, диод и клемму управления, связанную с базой запи1 аю1цег - транзистора t23. В известном транзисторном ключе I осуществляется автоматическая регулировка средней величины базового тока выходного транзистора в зависи мости от величины выходного тока, 3 счет изменения скважности импуль сов тока, подаваемых в базу выходного травзистора, длительность которых определяется величиной резистора и параметрами базовой цепи силового транзистора. Длительность паузы между импульсами тока определяется величиной коллекторного тока (глубиной насьпцения), выходного транзистора и его параметрами. При уменьшении коллекторного тока время рассасывания увеличивается, при этом соответственно уменьшается среднее значение базового тока таким образом, что остаточное напряжение на коллекторе поддерживается на уровне заданного опорного напряжения.. Кроме того, в известном транзисторном ключе снижается мощность, затрачиваемая на управление вькодным транзистором, однако ее величина остается на достаточно высоком уровне, значительно превышанщем мощность, необходимую для поддержания выходного транзистора в открытом состоянии, а время выключения последнего, несмотря на формированное выключение, имеет большую величину, определяемую временем рассасывания избыточного (остаточного) . базового заряда, которое зависит от величины выходного тока и может достигать длительности интервала между отпирающими импульсами тока. изобретения - повьппение КПД при одновременном уменьшении времени выключения. Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектором подключенный к одному из выводов для подключения нагрузки, базой к коллектору запирающего транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером силового транзистора и общей шиной питания, компаратор, инвертирующим входом соединенный с выводом для подключения источника опорного напряжения, отпирающий транзистор, диод и резистор, первым выводом соединенный с неинвертирующим входом компаратора, а база запирающего транзистора связана с управляющим входом, введены задающий генератор, широтно-импульсный одулятор, дополнительный резистор, дроссель, конденсатор и два дополнительных диода, аноды которых объединены и через дополнительный резистор подключены к верхней щине питания и второму выводу для подключения нагрузки, а через конденсатор соединены с общей шиной питания и вторым выводом резистора, катод первого дополнительного диода соединен с кол лектором силового транзистора, а катод второго дополнительного диода - с неинвертирующим входом компаратора, выход которого подключен к управлякицему входу широтно-импульского модулятора, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выход широтно-импульсного модулятора подключен к базе отпираю щего транзистора, эмиттер крторого соединен с входной шиной питания, а коллектор через диод - с общей шиной питания и через дроссель с ба ЗОЙ силового транзистора. На чертеже приведена принципиальная электрическая схема транзисторного ключа. Ключ содержит задающий генератор 1, подключенный к тактирукндему входу широтно-импульсного модулятора 2 управляющий вход которого подключен ж выходу компаратора 3, а выход - к базе ключевого отпирающего транзистора 4. Эмиттер отпирающего транзистора 4 подключен к первой шине 5 питания, а его коллектор чере диод 6 связан с второй шиной 7 питгьния и через дроссель 8, с базой силового транзистора 9, эмиттером подклю ченного ко второй шине 7 питания. Базо-эмиттерный переход силового . транзистора 9 зашунтироваи крллектор |НО-эмиттерным переходом запиракнцегр транзистора 10, базой подключенного к управляющей клемме 11, а коллектор транзистора 9 через нагрузку 1 и подключен к первой шине 5 питания, и через первый диод 13 диодной пары 14 к аноду втррого диода 15 пары и точке соединения дополнительного резистора 16 и конденсатора 17. Другие выводы резистора 16 и конденг сатора 17 подключены соответственно к первой 5 и второй 7 шинам питания. Катод диода 15 подключен через резистор 18 к второй шине 7 питания и непосредственно к нёинвертирующему входу компаратора 3, инвертирующий вход которого связан с клем мой 19 для подключения опорного напряжения . Транзисторный ключ рабртает-следующим образом. Задакщий генератор тактирует широтнр-импульсный модулятору который вырабатывает им1 :ульсы управления .включакицим транзистором 4, длительность которых пропорциональна сигка.лу на выходе компаратора 3. В момент включения ток-через дроссель равен нулю, ключевой силовой транзистор 9 .закрыт, напряжение на его коллекторе велико, диод 13 закрыт. На неиивер.тирующем входе компаратора напряжение, определяемое соотношением резисторов 16 и 18, максимально и превышает опорное напряжение на его инвертирукяцем входе и клемме 19. Длительность импульсов включения транзистора 4 максимальна и ток в дросселе и базе силового транзистора 9 нарастает. Когда ток дросселя достигает величины, достаточной 4яя полного отпирания силового транзистора 9, напряжение на его коллектрре уменьшается до. величины, равной величине опорного напряжения на клемме 19. Процесс устанавливается. Длительность импульсов включения транзистора 4 устанавливается на уррвне, необходимом для поддержания тока в дросселе требуемой величины, пропорциональной току нагрузки и к0эф4йциенту усиления силового транзистора 9. При вейичине опорного напряжения в пределах 0,7-1,5 В силовой . транзистор работает в усилительном режиме (не насьедается), его коэффициент усиления по Т1эку остается достаточно большим, что обусловливает ; : оптимальные условия для его выключе ия. При подаче импульса выключения на базу выкликающего транзистора 10 последний открывается и ток дросселя, минуя базу силового транзистора, замыкается через коллекторно-эмит ерный перекод выключающего транзистора 10 .При этом силовой транзистор 9 мгир;веннр выключается, так как в его базрвой области отсутствует избыточшяй заряд и- обратное сопротивление коллекторного перехода быстро восстанавливается. Частота импульсов поступаюа х на базу включающего Транзистора 4, выбирается в 5-20 раз вьш1е частоты переключения силового транзистора, а индуктивность дррсселя такой, чтобы требуемый ток в нем устанавливался за 5-20 включений силового транзистора. Величина емкости конденсатора 17 выбирается таким образом, чтобы за время действия импульса выключения напря- жение на нем не успевало изменяться брлее, чем на 10-20% от опорного.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий сиповой транзистор, коллектором подключенный к одному из выводов для подключения нагрузки, базой к коллектору запирающего транaHCToipa, эмиттер которого соединен с эютттером силового транзистора и общей шиной питания, компаратор, инвертирующим входом соединенный с выводом для подключения источника опорного напряжения, отпирающий транзистор, диод и резистор, первым аьюодом. соединенный с неинвертирующим входом компаратора, а база запираю щего транзистора связана с управляюгщим входом, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД цепи управления при одновременном уменьшении времени выключения, в него введены задагаонй генератор, широтг но-импульсный модулятор, доподнитёль-, ный резистор, дроссель, конденсатор и два дополнительных диода, аноды которых объединены и через дополнительный резистор подключены к входной шине питания и второму выводу для подключения нагрузки, а через конденсатор соединены с общей шиной питания и вторым выводом резистора, катод первого дополнительного диода соединен с коллектором силового транзистора, а катод второго дополнителы1ого диода - с неинвертирующим, входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу широтно-импульсного модулятора, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выход юиротно-импульсного модулятора подключен к базе отпирающего транзистора, эмиттер которого соединен с входной шиной 00 питания, а коллектор череэ диод с общей вшной питания и через дроссель с базой силового транзистора.