Транзисторный ключ Советский патент 1985 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах электропривода для периодической коммутации цепей постоянного тока. Известен транзисторньй ключ, содержащий первый и второй транзисторы, трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки диод и резистор, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой вькодной шине, первый вывод резистора соединен с первой шиной источника питания эмиттер первого транзистора подключен к второй шине источника питания, а база - к входной шине, а также конец первичной обмотки трансформатора тока соединен с началом первой вторичной обмотки и эмиттером второго транзистора, база которого подключена к концу первой вторичной обмотки трансформатора тока, а коллектор к второй выходной шине, коллектор первого транзистора соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора тока, конец которой подклю чен к второму выводу резистора и через диод - к второй шине источника питания .1 3. Однако этот транзисторный клкзч характеризуется низкой надежностью. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является транзисторньй ключ, содержащий первь второй и третий транзисторы, трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второй резисторы, фор мирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания причем начало первичной обмотки трансформа:тора тока подключено к пер вой выходной шине, первый вьгоод первого резистора соединен с первой шиной источника питания, первьй вывод второго резистора подключен к первом выводу первого диода, кроме того, конец первичной обмотки трансформатора тока соединен с началом первой вторичной обмотки и эмиттером перво го транзистора, база которого подкл чена к концу первой вторичной обмот ки трансформатора тока, а коллектор к второй выходной шине, второй вывод первого диода соединен с первой пшной источника питания, вторые выводы первого и второго резисторов соответственно подключены к началу третьей и концу четвертой вторичных обмоток трансформатора тока, конец третьей и начало четвертой вторичных обмоток соответственно соединены с коллекторами второго и третьего транзисторов, эмиттеры которых подключены к второй тине источника питания, база второго транзистора через третий резистор соединена с выходом формирователя управляющих импульсов И входом инвертора, выход которого подключен к базе третьего транзистора 2J. Недостатком известного транзисторного ключа является низкая надежность. Цель изобретения - повьш1ение надежности транзисторного ключа. Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержапщй первьй,второй и третий транзисторы, трансформатор тока,который имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод,первый и второй резисторы, формирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источкгька питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой вькодной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источника питания, первьй вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, введены четвертьй транзистор, второй и третий диоды, первьй, второй и третий вентильные элементы, конденсатор, причем коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу первого вентильного элемента, а эмиттер соединен с первой шиной источника питания и концом первой вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через второй диод подключено к второму выводу первого чентильного элемента и коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с второй ишной источника питания, второй выходной шиной, эмиттером первого транзистора, первым выводом конденсатора и концом второй вторичной, обмотки трансформатора тока, начало которой подключено к первому выводу третьего диода и через второй 3 вечтнльиый элемент - к первому выво ду третьего вентильлого элемента и базе пер зого транзистора, коллектор которого соединен с концом первично обмотки трансформатора тока и первы выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора, коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттер - с вторыми выводами третьего вентильного элемента, первого и третьего диодов, базы второго, третьего и четвертого транзисторов соо ветственно подключены к первому, вт рому и третьему выходам формировате ля управляющих импульсов. На фиг. 1 изображена схема транзисторного ключа; на фиг. 2 - временные диаграммы работы транзисторного ключа. Транзисторньй ключ содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертьш 4 транзисторы, трансформатор 5 тока, который имеет первичную 6 и две вторичные обмотки 7 и 8, первьм 9, второй to и третий 11 диоды, пер вый 12 и второй 13 резисторы, первьй 14, второй i5 и третий 16 вентильны элементы, конденсатор 17, формирова тель. 18 управляюпшх импульсов, первую 19 и вторую 20 выходные шины, первую 21 и вторую 22 шины источник питания, причем начало первичной обмотки.6 трансформатора 5 тока под ключено к первой выходной шине 19, первый вывод первого резистора 12 соединен с первой шиной 21 источника питания, первьй вывод второго резис тора 13 подключен к первому выводу первого диода 9, коллектор четверто го транзистора 4 подключен к первому выводу первого вентильного элеме та 14, а эмиттер соединен с первой шиной 21 источника питания и концом первой вторичной обмотки 7, трансформатора. 5 тока, начало которой через второй диод 10 подключено к второму выводу первого вентильного элемента 14 и коллектору второго транзистора 2, эмиттер которого сое динен с второй шиной 22 источника питания, второй выходной шиной 20, эмиттером первого транзистора 1, первым выводом конденсатора 17 и концом второй вторичной обмотки 8 траисформатора 5 тока, начало которой подключено к первому выводу третьего диода 11 и через второй вен484тильный элемент 15 - к первому выводу третьего вентильного элемента 16 и базе первого транзистора 1, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки 6 трансформатора 5 тока и первым выводом второго резистора 13, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора Т7, коллектор третьего транзистора 3 соединен с вторым выводом первого резистора 12, а эмиттер - с вторыми выводами третьего вентильного элемента 16, первого 9 и третьего ; 11 диодов, базы второго 2, третьего 3 и четвертого 4 транзисторов соответственно подключены к первому, второму и третьему выходам формирователя 18 управляющих импульсов. Транзисторный ключ работает следующим образом. В исходном состоянии транзисторы 1-3 выключены, а транзистор 4 включен. В момент времени t, задаваемый формирователем 18 управляю1цих импульсов, транзистор 4 закрывается, а транзистор 3 открывается (фиг.2а), По цепи 21-12-3-16-БЭ1-22 протекает управляющий ток. Коллекторный ток транзистора 1 увеличивается и, напряжение на обмотке 8 превышает суммарное падение напряжения на диоде 11, вентильном элементе 16 и переходе база - эмиттер транзистора 1, в цепи базы транзистора 1 на шнает протекать допелнительньй управляющий ток. Напряжение на переходе коллектор - эмиттер транзистора 1 падает (фиг. 2 в), диод 9 открывается, и дополнительный управляюпщй ток начинает протекать в контуре 8-11-9КЭ1-8. Ограничение тока базы транзистора 1 и напряжения коллектор - эмиттер приводит к уменьшению зарядов, накапливаемых в базе транзистора t, и сокращению времени выключения клю ча. Посла включения транзисторного ключа в момент времени t транзистор 3 запирается сигналом, поступающим с формирователя 18 .управляюв(их импульсов. Транзистор 1 поддерживается во включенном состоянии за счет нагрузочного тока, трансформирующегося в цепь управления. В момент времени t2, задаваемый формирователем 18 управляюпапс импульсов, транзистор 2 включается (фиг.2г). Напряжение на. обмотке 8 изменяет знак фиг. 2б). Поскольку емкость .1,1,хода коллектор - эмиттер транзистора 1 разряжена, и, кроме того, разряжена емкость конденсатора 17, то напряжение коллектор - эмиттер транзистора 1 скачком измениться не может, и диод 9 запирается. За счет энергии, запасенной в индуктивности рассеяния трансформатора 5, продолжается протекание тока базы транзистора 1. Из-за зарядов, накопленных в базе транзистора 1, напряжение на переходе базы - эмиттер в момент времени t знак не изменяет. Пороговое напряжение на диодах 11, суммируясь в пороговым напряжением на вентильном элементе 16, усксфяет спад базового тока, компенсируя влияние индуктивности рассеяния трансформатора 5. После спада тока базы до нуля диоД 11 и вентильный элемент 16 выключается, а вентильный элемент 15 включается, происходит вынос зарядов из базы транзистора 1 до момента вос становления переходом база - эмиттер запирающих свойств. В этом интервале на переходе база эмиттер сохраняется прямое смещение коллекторньп ток транзистора 1 продолжает протекать при неизменном зна чении напряжения коллектор - эмиттер соответствующем насьщенному состоянию транзистора 1. Начиная с момента времени, кот-да напряжение базы - эмиттер транзистора 1 становится равным нулю, коллекторный ток начинает спадать, переход база - эютттер восстанавливает запи- ракицие свойства и. ограничивает обра ный ток, к нему прикладывается обратное смещение. После заряда конденсатора 17 ток нагрузки спадает до нуля, транзисторный ключ выключается. В момент времени t,, , кОгда отрицательный базовый ток и коллекторный ток транзистора 1 спадает до нуля, а напряжение коллектор - эмиттер достигает значения напряжения источника питания цепи нагрузки транзисторного ключа, транзистор 2 выключается формирователем 18 управляющих импульсов. Транзистор 4 открывается (фиг. 2S) и шунтирует обмотку 7. Спад намагничивающего тока трансформатором 5 тока продолжается до момента времени t, когда вольтсекундные площади положительной и отрицательной полуволн напряжения обмотки 8 становятся.равным (фиг. 2s). Введение в цепь намагничивающего тока трансформатора 5 тока порогового напряжения на вентильном элементе 4 ускоряет спад этого тока до нуля. В момент времени tj, задаваемый формирователем 18 управляющих импульсов, транзистор 4 выключается, транзистор 3 включается, электромагнитные процессы в транзисторном ключе повторяются. у предлагаемого транзисторного ключа надежность вьппе, чем у известных транзисторных ключей за счет сокращения времени выключения и устранения произвольного вк.пючения ключа при его работе в составе силового электрооборудования со значительным уровнем электромагнитных помех.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий первьй, второй и третий транзисторы, трансформатор тока, которьй имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второй резисторы, формирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источника питания, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения .надежности транзисторного ключа, в него введены четвертый транзистор, второй и третий диоды, первьй, второй и третий вентильные элементы, конденсатор, причем коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу первого вентильного элемента, а эмиттер соединен с первой шиной источника питания и концом первой вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через второй диод подключено к второму выводу первого вентильного элемента и коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, второй выходной ишной, эмиттером первого транзистора, первым выводом i конденсатора и концом второй вторичной обмотки трансформатора тока, наСЛ чало которой подключено к первому выС воду третьего диода и через второй вентильный элемент - к первому выводу третьего вентильного элемента и базе первого транзистора, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора, коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттерс вторыми вьшодами третьего вентильного элемента, первого и третьего диодов, базы второго, третьего и четвертого транзисторов соответственно подключены к первому, второму и третьему выходам формирователя управляющих импульсов.