Транзисторный ключ Советский патент 1987 года по МПК H03K17/60 

JO

15

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для переключения тока в электромагнитных устройствах или импульсных преобраэоватепях напряжения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности управления транзисторным ключом от одного источника управляющих сигналов,

На фиг. 1-3 представлена схема транзисторного ключа.

Транзисторный ключ содержит силовой 1, включающий 2, выключающий 3 и управляющий 4 транзисторы, трансформатор 5 тока, пять резисторов 6-10 и конденсатор 11, причем коллектор силового транзистора 1 подключен к первому выводу первого резистора 6

и через токовую обмотку трансформато- 20 низации U транзисторы 2, 3 ра 5 тока и нагрузку 12, которые соединены последовательно к шине 13 источника питания и первым вьшодом второго 7 и третьего 8 резисторов, второй вывод первого резистора 6 подключен к базе зтфавляющего транзистора 4, Коллектор которого соединен с вторым В1 шодом второго резистора 7 и базой выключающего транзистора 3, коллектор которого через выключающую обмотку трансформатора 5 тока подключен к второму выводу -третьего резистора 8, эмиттеры силового I, выключа- кнцего 3 и управляющего 4 транзисторов соединены с общей щиной 14, которая через базовую обмотку трансформатора 5 тока подключена к базе силового транзистора 1, входная щина 15 соединена с базой включающего транзистора 2, коллектор которого через четвертый резистор 9 и конденсатор 11, которые параллельно, подключен к первому вьшоду пятого резистора 10, второй вывод которого через включающую обмотку трансформатора 5 тока соединены с шиной 13 источника питания, эмиттер включающего транзистора 2 подключен к базе управляющего транзистора 4.

вывод Дополнительного конде 16 подключен к общей шине

Кроме того, транзисторньй содержит второй 19, третий четвертый 21 диоды, причем вывод пятого резистора .10 ч рой диод 19 соединен с одни включающей обмотки трансфор тока, другой вывод которой к коллектору силового транз и через третий диод 20 к пе воду пятого резистора 10, к включающего транзистора 2 ч вертый диод 2 соединен с о ной 14.

Транзисторный ключ по фи ботает следующим образом.

В исходном состоянии при вии положительного импульса

перты. Управляющий транзисто крыт, так как высоким потенц коллектора силового транзис образуется базовый ток, опре величиной базового резистор крытый транзистор 4 щунтиру выключающего транзистора 3, обеспечивается его запертое ние.,

При поступлении положител пульса синхронизации 11 откр включающий транзистор 2, при выключающий транзистор 3 ост крытым за счет открытого сос 35 управляющего транзистора 4, даже при пропадании базового .через резистор 6 поддерживае крытым в результате открытог яния включающего транзистора С крытым состоянием включающег зистора 2 создается ток во в

30

щей обмотке тока.

(W-. ) трансформ

45 Приоткрывание силового т ра 1 вызывает лавинообразны вступления в действие полож обратной связи по току перв базовой обмоток (W и W) т матора 5 тока. Далее силово зистор 1 остается открытым щенным вследствие наличия э жительной обратной связи. Н жении времени открытого сос

Транзисторный ключ содержит также дополнительный конденсатор 16, шестой резистор 17 и первый диод 18, причем первый вывод первого резистора 6 соединен с первым выводом дополнительно- 55 транзистора 1 его коллекторный ток

го конденсатора 16 и через шестой резистор 17 и первый диод 18, которые включены параллельно, с коллектором силового транзистора 1, второй

определяется характеристиками нагру ки 12, но базовый ток его всегда пропорционален коллекторному из-за наличия трансформатора 5 тока.

5

0 низации U транзисторы 2, 3

вывод Дополнительного конденсатора 16 подключен к общей шине 14.

Кроме того, транзисторньй ключ содержит второй 19, третий 20 и четвертый 21 диоды, причем второй вывод пятого резистора .10 через второй диод 19 соединен с одним вьгоодом включающей обмотки трансформатора 5 тока, другой вывод которой подключен к коллектору силового транзистора 1 и через третий диод 20 к первому выводу пятого резистора 10, коллектор включающего транзистора 2 через четвертый диод 2 соединен с общей шиной 14.

Транзисторный ключ по фиг. 1 работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии положительного импульса синхрои 1 заперты. Управляющий транзистор 4 открыт, так как высоким потенциалом коллектора силового транзистора 1 образуется базовый ток, определяемый величиной базового резистора 6. Открытый транзистор 4 щунтирует вход выключающего транзистора 3, чем и обеспечивается его запертое состояние.,

При поступлении положительного импульса синхронизации 11 открьтается включающий транзистор 2, при этом выключающий транзистор 3 остается закрытым за счет открытого состояния 5 управляющего транзистора 4, код орый даже при пропадании базового тока .через резистор 6 поддерживается открытым в результате открытого состояния включающего транзистора 2. 0т- С крытым состоянием включающего транзистора 2 создается ток во включаю-

0

щей обмотке тока.

(W-. ) трансформатора 5

0 низации U транзисторы 2, 3

45 Приоткрывание силового транзистора 1 вызывает лавинообразный процесс вступления в действие положительной обратной связи по току первичной и базовой обмоток (W и W) трансформатора 5 тока. Далее силовой транзистор 1 остается открытым и насыщенным вследствие наличия этой положительной обратной связи. На протяжении времени открытого состояния

50

определяется характеристиками нагрузки 12, но базовый ток его всегда пропорционален коллекторному из-за наличия трансформатора 5 тока.

По прошествии времени, определяе- мого источником синхронизирующих импульсов UG, положительный импульс Uc заканчивается. Транзистор 2 запирается. Поскольку силово й транзистор 1 открыт, базовый ток управляющего транзистора 4, определяе я 1й базовый- резистором 6, отсутствует. Вследствие этого транзистор 4 также запирается. А это влечет за собой открывание выключающего транзистора 3 за счет появления его базового тока через резистор 7. В выключающей обмотке (W.. ) появляется ток, величина

рЕЯКЛ

которого определяется величиной резистора 8. Направление тока в выключающей обмотке ( ) таково, что он вызывает появление обратного (рассасывающего) тока в базе силового транзистора 1 из базовой обмотки (W-). Величина тока в выключающей обмотке (Wg, ) задается резистором 4 такой, чтобы с учетом коэффициентов трансформации выключающей первичной и базовой обмоток (Wg , W и Wg) этот ток превышал приведенное значение тока коллектора транзистора 1 с момент этапа рассасьшания избыточных носителей полупроводниковой структуры открытого и насыщенного состояния силового транзистора 1. Это превышение определяет величину обратного (рассасьшающего) тока.

На протяжении времени рассасьшания избыточных носителей состояние схемы не меняется: транзисторы 2 и 4 заперты, транзисторы 3 и 1 открыты.

По окончании момента рассасывания начинается формирование фронта коллекторного напряжения силового транзистора 1. По мере его увеличения в зависимости от величины базового резистора 6 включается дополнительный транзистор 4. Его открывание шунтирует вход транзистора 3, и он запирается. Это влечет за собой прекращение тока в выключающей обмотке еыкл трансформатора 5 тока. Прекращается обратный ток в базовой обмотке (W, ) и в базе силового транзиD

стора 1. Схема приходит в исходное состояние и ожидает прихода следующего положительного импульса U.

Далее процессы в схеме происходят аналогично: при поступлении положительного импульса транзистор 1 открывается, а при его снятии - запирается.

Работа схемы по фиг. 2 отличается от рассмотренной тем, что сигнал на

с открывание управляющего транзистора 4 во время начала запирания транзистора 1 (после окончания процесса рассасьшания избыточных носителей из его полупроводниковой структуры) по0 дается с задержкой на время, определяемое величиной емкости конденсатора 1 6 .

Введение замедляющей цепи вызьша- ется тем, что современные высоковоль5 тные транзисторы вследствие относительной высокоомности областей тела коллектора обладают свойством повтор- ного открывания. Если запирающий обратный базовый сигнал снять во время

0 формирования фронта коллекторного напряжения, т.е. когда начинается собственно запирание транзистора, то избыточные носители из полупроводниковой структуры транзистора должны

5 были бы рассосаться. .Однако этого не происходит, снятие обратного запирающего сигнала в этот момент вызывает повторное открывание силового транзистора, что приводит к паразит0 ным автоколебательным процессам и последующему отказу силового транзистора.

Диод 18 служит для ускорения разряда конденсатора 16, что необходимо

5 при малой длительности импульса открытого состояния силового транзистора 1 .

Работа схемы по фиг. 3 отличается

0 от работы схемы по фиг. 1 тем, что при включении включающего транзистора 2 импульсом синхронизации U импульс включающего тока в включающей обмотке (Мдцд ) трансформатора 5 тока

5 может появиться только во время запертого состояния силового транзистора 1. В этот момент времени дли- тельность включаюп1его импульса и его амплитуда определяются теми же эле0 ментами: резисторами 9, 10 и конденсатором 11. После вступления в силу положительной обратной связи трансформатора 5 тока силовой транзистор открывается и входит в насыще5 ние. Это уменьшает потенциал на его коллекторе. Поэтому ранее заряженный конденсатор 11 разряжается через диоды 20 и 21 на открытый транзистор 1 (от полярности, показанной на схеме фиг. 3). Более быстрый разряд конденсатора 11 на малое разрядное сопротивление дает возможность- как уменьшить его емкость, так и увеличить величину резистора 9, Второй диод 19 служит для устранения разряда конденсатора 11 через включающую обмотку (W д ), что может вызвать

ложные коммутации силового транзистора 1 непосредственно после его включения.

Функциональные возможности предлагаемого транзисторного ключа шире, чем- у известных транзисторных ключей, за счет обеспечения возможности управления ключом от одного источника управляющих сигналов.

Формула изобретения

I. Транзисторный ключ, содержащий силовой, включающий, выключающий и управляющий транзисторы, трансформатор тока, пять резисторов и конденсатор, коллектор силового тран- .зистора подключен к первому выводу первого резистора и через токовую обмотку трансформатора тока и нагрузку, которые соединены последовательно к шине источника питания и первым выводам второго и третьего резието- ров; второй вывод первого резистора подключен к базе управляющего транзистора j коллектор которого соединен с вторым выводом второго резистора и базой выключающего транзистора, коллектор которого через выключающую обмотку трансформатора тока подключен к второму вьгооду третьего резистора, эмиттеры силового, выклю- чйющего и управляющего транзисторов соединены с обшей шиной, которая че ,

2905086

рез базовую обмотку трансформатора тока подключена к .базе силового транзистора, вкодная шина соединена i с базой включающего транзистора, кол- 5 лектор которого через четвертый резистор и конденсатор, которые включены параллельно, подключен к первому вьшоду пятого резистора, второй вьгоод которого через включающую обмотку трансформатора тока соединен с шиной источника питания, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, эмиттер включающего транзистора подключен к базе управляющего транзистора.

Ш

15

т л и ч а ю - целью повьше

0

5

2.Ключ по п. 1, о щ и и с я тем, что, с

ния надежности, введены дополнительный конденсатор, шестой резистор и первый диод, причем первый вывод первого резистора соединен с первым выводом дополнительного конденсатора и через шестой резистор и первьй диод, которые включены параллельно, с коллектором силового транзистора, второй вьгоод дополнительного конденсатора подключен к общей шине. I

3.Ключ по пп. 1 и 2, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены второй, третий и четвертый диоды, причем второй вывод пятого резистора

35 через второй диод соединен с одним выводом включающей обмотки трансформатора тока, другой вывод которой подключен к коллектору силового транзистора и через третий диод к первому

40 выводу пятого резистора, коллектор включающего транзистора через четвертый диод соединен с общей шиной.

30

Составитель Д. Иванов Редактор Л. Пчолинская Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

7915/56

Тираж 922Подписное

ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано для переключения тока в электромагнитных устройствах или импульсных fy преобразователях напряжения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Устройство содержит силовой, включающий, выключающий и управляющий транзисторы 1, 2, 3, 4, трансформатор 5 тока, пять резисторов 6-10, конденсатор 11. На чертеже также показаны нагрузка 12, шина 13 источника питания, общая щина 14 и входная шина 15. Поставленная цель достигается путем подключения эмиттера включающего транзистора к базе управляющего транзистора за счет обеспечения возможности управления транзисторным ключом от одного источника управляющих сигналов. 2 з.п.ф -лы, 3 ип. I (Л to со о ел о эо