Переключающее устройство с переменной структурой Советский патент 1987 года по МПК H03K17/567 

Изобретение относится к импульсной коммутационной технике и может быть использовано в качестве силово- го ключа в системах автоматического регулирования.

Целью изобретения является повышение КПД и увеличение быстродействия устройства за счет перекоммутации проводящих цепей транзисторного ключа при перегрузках, введения второго управлянмдего входа ключа и использования коммутирукщей цеди для ускорения, переключения транзисторного ключа. Цель достигается введением трех МДП-транзисторов, которые совместно с биполярным транзистором ключа образуют две параллельные коммутирующие цепи.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Устройство содержит транзисторный ключ 1, биполярный транзистор 2, первый 3, второй 4 и третий 5 МДП-тран- зисторы, датчик тока 6, пороговый элемент 7, элемент И-НЕ 8. Коллектор биполярного транзистора 2 соединен со стоком второго МДП-транзистора 4 и подключен к первой выходной клемме 9 транзисторного ключа 1, которая

10

15

20

25

нулевой сигнал относительно общей ны 12. Первый 3 и второй 4 МДП-тр зисторы при этом закрыты, а трети МДП-транзистор 5 открыт и поддерж ет закрытое состояние биполярного транзистора 2. Коммутирующие цепи образованные МДП-транзисторами 4 и биполярным транзистором .2, МД транзистором 3, разомкнуты, и ток рез нагрузку 10 не протекает. Нап жение на датчике тока 6 равно нул выходной сигнал порогового устрой 7 также равен нулю.

В открытом состоянии устройств на управляющую шину 20 подается е ничный сигнал, который открывает транзисторы 3 и 4, и между первой и второй 13 выходными клеммами тр зисторного ключа 1 образуется ток проводящая цепь, в результате чег от источника питания через нагруз 10, транзисторный ключ 1, датчик ка 6 протекает ток.

Пока величина этого тока не пр шает номинальное значение, сигна на выходе 17 порогового элемента остается равным нулю и третий МД транэистор 5 открыт. Падение нап ния на этом транзисторе таково,

через нагрузку 10 подключена к первой переход база-эмиттер биполярного

клемме 11 источника питания. Истоки первого 3 и третьего 5 МДП-транзисторов подключены к общей шине 12 устройства и к второй выходной клемме .

13 транзисторного ключа, которая че- 35 ряжения на этих МДП-транзисторах при

рез датчик 6 соединена с второй клем- мйй 14 источника питания. Выход 15 датчика тока 6 подключен к входу 16 порогового элемента 7, выход 17 которого подключен к одному из входов элемента И-НЕ 8. Сток первого МДП- транзйстора 3 соединен с эмиттером биполярного транзистора 2, база которого подютючена к истоку второго 4 и стоку третьего 5 МДП-транзисторов. Выход элемента И-НЕ 8 подключен к первому управляющему входу 18 транзисторного , а объединенные затво- -ры первого 3 и второго 4 МДП-транзисторов соединены с вторым управляющим входом 19 транзисторного ключа 1, который подключен к второму входу элемента И-НЕ 8 и управляющей шине 20 устройства.

.

Устройство функционирует следующим

образом.

В закрытом состоянии ключа на управляйщую шину 20 устройства подан

нулевой сигнал относительно общей шины 12. Первый 3 и второй 4 МДП-тран- зисторы при этом закрыты, а третий МДП-транзистор 5 открыт и поддерживает закрытое состояние биполярного транзистора 2. Коммутирующие цепи,, образованные МДП-транзисторами 4, 5 и биполярным транзистором .2, МДП- транзистором 3, разомкнуты, и ток через нагрузку 10 не протекает. Напряжение на датчике тока 6 равно нулю, выходной сигнал порогового устройства 7 также равен нулю.

В открытом состоянии устройства на управляющую шину 20 подается единичный сигнал, который открывает МДП- транзисторы 3 и 4, и между первой 9 и второй 13 выходными клеммами транзисторного ключа 1 образуется токо- проводящая цепь, в результате чего от источника питания через нагрузку 10, транзисторный ключ 1, датчик тока 6 протекает ток.

Пока величина этого тока не превышает номинальное значение, сигнал на выходе 17 порогового элемента 7 остается равным нулю и третий МДП- транэистор 5 открыт. Падение напряжения на этом транзисторе таково, что

переход база-эмиттер биполярного

транзистора 2 закрыт и ток протекает только по цепи, образованной МДП- транзисторами 4 и 5. Потери мощности в ключе, обусловленные падением наптоке меньше номинального, невелики - меньше, чем потери мощности в цепи, образованной биполярным транзистором 2 и первьш МДП-транзистором 1 при том же самом токе. Один бишзлярный транзистор также имел бы высокое нап- |ряжение насьш1ения с учетом того, что коммутируемая цепь высокольтная.

При включении устройства через открытый третий МДП-транзистор 5 емкость затвор-исток второго МДП- транзистора 4 разряжается, :7ранзистор 4 закрывается и ток через нагрузку прекращается.

Если при включенном устройстве ток через нагрузку и, следовательно, через датчик превьш1ает номинальный, происходит изменение структуры ключа. Пороговый элемент 7 вырабатывает единичный сигнал, на выхода элемента И-НЕ 8 вырабатывается нулевой сигнал, которьй закрывает МДП-транзистор 5, напряжение на базе биполярного тран

зистора 2 увеличивается и он отпирается. Ток нагрузки протекает по цеп последовательно соединенных биполярного транзистора 2 и первого ВДП- транзистора 3. Эта цепь, несмотря на большие потери мощности, обладает большей нагрузочной способностью. Данный режим реализуется только при перегрузках, например, при включении и в других кратковременных режимах.

Биполярный транзистор 2 насьш1ен из-за большого сопротивления высоко- омной коллекторной области, обусловленного высоковольтными р-п переходами, и степень его насьш1ения увеличивается с увеличением тока.При вык-- лючбнии устройства первый МДП-тран- зистор 3 закрывается, обрывая цепь дня тока эмиттер-база, а третий МДП- транзистор 5 открывается, создавая низкоомную цепь для рассасывания носителей из коллекторной области и перехода база-коллектор биполярного транзистора 2. В результате время выключения сокращается.

Таким образом, при номинальных

токах нагрузки в транзисторном ключе используется экономическая цепь,

состоящая из высоковольтного второ

торный ключ, выполненный на биполярном транзисторе, датчик тока, поро-. говый элемент, элемент И-НЕ, коллектор биполярного транзистора соединен с первой выходной клеммой транзисторного ключа, которая через нагрузку соединена с первой клеммой источника питания, вторая выходная клемма транзисторного ключа через датчик тока подключена к второй клемме источника питания, выход датчика тока подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с одним из входов элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с управляющей шиной устройства, а выход - с первым управляющим входом транзисторного ключа, отличающееся тем, что, с целью повътения КПД и увеличения быстродействия,.в транзисторный ключ введены три МДП-транзистора, сток первого МДП-транзистора соединен с эмиттером биполярного транзистора, база которого подключена к истоку второго и стоку третьего МДП-; транзисторов, затвор третьего МДП- транзистора подключен к первому управляющему входу транзисторного ключа, а исток соединен с общей шиной

го МДП-транзистора 4 и низковольтно- 30устройства, истоком первого МДПго третьего МДП-транзистора 5. Притранзистора и второй выходной клем-п

больших токах нагрузки используется„ й транзисторного ключа, сток вто-

цепь биполярного транзистора 2, ар МДП-транзистора соединен с колпри переключении устройства обе це-лектором биполярного транзистора,

пи взаимодействуют, обеспечивая высо-зза затворы первого и второго ВДП-тран - Р Яе&ствие. . зисторов подключены к второму управФо рмула изобретенияляющему входу транзисторного ключа.

Переключающее устройство с перемен-который соединен с управляющей шиной

ной структурой, содержащее транзис-устройства.

Редактор М.Циткина Заказ 7728/58

Составитель В.Лементуев

Техред И,Попович Корректор В.Бутяга

Тираж 899 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Q

5

0

5

торный ключ, выполненный на биполярном транзисторе, датчик тока, поро-. говый элемент, элемент И-НЕ, коллектор биполярного транзистора соединен с первой выходной клеммой транзисторного ключа, которая через нагрузку соединена с первой клеммой источника питания, вторая выходная клемма транзисторного ключа через датчик тока подключена к второй клемме источника питания, выход датчика тока подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с одним из входов элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с управляющей шиной устройства, а выход - с первым управляющим входом транзисторного ключа, отличающееся тем, что, с целью повътения КПД и увеличения быстродействия,.в транзисторный ключ введены три МДП-транзистора, сток первого МДП-транзистора соединен с эмиттером биполярного транзистора, база которого подключена к истоку второго и стоку третьего МДП-; транзисторов, затвор третьего МДП- транзистора подключен к первому управляющему входу транзисторного ключа, а исток соединен с общей шиной

0устройства, истоком первого МДП

Изобретение относится к импульсной коммутационной технике. Может быть использоваго в качестве силового ключа в системах автоматического регулирования. Цель изобретения - повышение КПД и увеличение быстродействия. Для этого в устройство введены три МДП-транзистора 3, 4и 5j которые совместно с биполярным транзистором 2 ключа образуют две параллельаые коммутирующие цепи. Устройство содержит транзисторный ключ 1, датчик 6 тока, пороговый э лемент 7, элемент И-КЕ 8, клеммы 11 и 1ч источника питания, нагрузку 10, сток первого МДП-транзистора 3 соединен с эмиттером биполярного транзистора 2, база которого подключена к истоку второго 4 и стоку третьего 5МДП-транзисторов. На чертеже также показаны: общая шина .12 и управляющая шина 20 устройства, первая 9 и вторая 13 выходные клеммы транзисторного ключа, первая 18 и вторая 19 управляющие имны транзисторного ключа. 1 ил. i СЛ tSP 00 - го 00