Устройство для управления силовым транзисторным ключом Советский патент 1987 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано в импульсных усилителях мощности и преобразователях напряжения и является усовершенствованием изобретения по авт. св. Хо 944108.

Ue. ib изобретения - повышение КПД и надежности за с,чет уменьшения динамических- потерь мощности при выключении силового транзистора.

На чертеже представлена электрическая схема преллйгаемого устройства.

Неинвертирующий вход первого операционного усилителя 1 через первый резистор 2 соединен с общей UJИнoй 3, а инвер- тируюнлий вход - с катодо.м первого диода 4 и через второй резистор - с входной клеммой 6. Первый транзистор 7 коллекто- 1), олк.л;оче; к аноду первого .чиода 4, змитгером - к выходу первого операционного усилителя 1 и катоду второго диода 8, г боной --- к аноду второго диода 8 и аноду (.:| л.иода 9, катод которого соединен с К.)л. ;екторо.м силового транзистора 10, базз ксч опого подключена к одной из шин источ- и п-;; I 11а11| я кенкя смС Цения. Третий резистор 12 включен между эмиттером сИоЮвого TpaiK iicTopa 10 и шиной 3. диода 13 г.одключеп к инверти- ь.ходу первого ог ерааионного уси- , а катод -- к коллектору вто- кзнстора 14, база которого соеди- ;t .,п,ом пятого диода 5, а эмит- аиодом шестого диода 16, катод KcsTopoiT) лодключеп к второй шине источ- ; I напряжения смещения. Коллекто) третьего транзистора 17 соединен с базой ncfiBoro TpaH3 iCTOpa 7, база с, эмиттеро.м силового транзистора 10, а эмиттер - с оби1.ей н;и; ОЙ 3. База четвертого TpaiiancTOpa 18 через 1;етвертый резистор 19 подключена к вход- йой клемме 6, э.миттер к общей шине 3, а кол-лектор через пятый резистор 20 - к неки 5ертиру О цему входу ;ервого ottepa- и,ио1)1гого силителя 1. Точка соединения эмиттера силового транзистора 0 и третьего |ie:uicTOpa 2 1одключена к инБСрти.рующему

liKO.,V :iTQ;})rO OllCpa ПИОННО| 0 уСИ. Н-ГГСЛЯ 21,

выход которого одключен к катоду седь- М.);-() ,а 22, анол, которо ю через itiecTtJK реч;кт1)р 23 подк. иочен к коллектору четвер- тги о т|5ак:;истора 18, а через конл.е1;:;атор 24 - к об;и,ей И1иие 3.

ст}П Йсг1зо работает с;1едуюн,им образом.

1юдаче отрицательного уиравляюше- го пл ; ходную клемму 6 через 1)сзис- тор 5 ча 5i- зepтиpyюIдий вход усилителя i осуществляется вклю,ение силового траьгзис- тора 10. Прн этом переход база---эмиттер ci-5;iOBOi o транзистора смещается в i-рямом направлении насыщающим базовым током, иоступаюп,им с выхода усилителя 1, через диод 16 и источник И напряжения смещения в базу силового транзистора.

При (.чстючекии устройства папряжение и а переходе ко.алектор-база силового т)ан13

131927

5

5

5

0

5

зисто|-)а велико и транзистор 7 заперт. Иоэ- то.му во входной цепи силового транзистора 10 протекает максимальный базовый ток, вызываюгдий значительное падение напряжения на третьем резисторе i2. В результате третий транзистор 17 отпирается и включает первый транзистор 7, определяющий коэффициент передачи усилителя 1. При этом проводимость отрицательной,обратной связи (транзистор 7 и диод 4) увеличивается, коэффии.иент передачи усилителя 1 умень- И1ается. гголожительное с.меьцение перехода база - э.миттер силового транзистора 10 также у.меньшается и его базовый ток ограничивается на требуемом уровне.

Таким образом, на начальном этапе включения с помощью третьего резистора 12 и трет ьего транзистора 7 осуп ествляется регулирование базового тока силового транзистора if}, :р01юрцм;м5альное его элшттерному, току, чтг) обеспечивает определенное у.мень- нленис стег;ени иасыи;еиия силового транзистора, хотя cTsriCJ) насыщения при включении является много большей, чем в уетано- ни15;исмся режиме, что необходимо лак для обеспечения (рорскроваиного включер1ия силового транзистора, так и для уменьшения динамическ;;Х ггстерь з нем.

В установи в лемся режиме (на этапе «Вк;поче ;о }. т. е. когда напряжение на переходе ко.ллектор--база силово|-о транзистора дос1П|гает ccoei O CTaunoRapiioro значения, в базу первого транз - С 1 ора 7 через третий диод 9 иостуг:ает дополн л-е.а1Л1ЫЙ ток, что приводит к уменьшению базово1 о тока ск.чово- и огря 1ичени)0 его до При -.том напряжение ретьего --ранзистора 17 порогового з;:ачения и

го транзистора 10 меньшего значения. смеще1 ия на базе уменьшается ниже он отключасген.

Таким o6i);- 3OM, вает степень иа:::л:ц j)a io;ibKC ;KI ;:- -аме ляет ко1Г)оли1)ов;л, этапе :Вк;ь.: чоно;:, потери чгрги ; на сравнс и-:и с тем. ше п и я п оддо р ж ч isа л IK «Вкл1Оч; :о осуи; зового т;;ка ел.

.TOKl /pHb M ток

4i-iBaiOijiee гре При i) i OM с степень naci-ii ii личивается. ч т пряжения иа t де. Это. в c-io; iivno в прн(ъ зистора 7 ;

;wi;::;-;cTOp J / ограничи- .iiii си; ового транзистоЗг;- 1;ОЧ :Ч;ПЯ. ЗТ1 ПОЗЗОCTeiiChL . на склю ;я .5; ачител ;иие

oiii cTCfii/i i пасы- ензменной. На эга- яется слежение ба- :3iiCT;))a за его ко. ;|1агрузки), обеспе- тпепь насьнцения.

лп;н с:;лового траизистора ува- э нринодит к увеличе1 ик) па- го буза-кол.лекторном И рехо- ) ичс д. дь, приводит к CMeuie- ианравлении первого траи- дмода 4, т. е к увеличе

нию npoBO.n.4Moc i H uerni обоатной связи усилителя 1 и те самым к умекылению базового тока силового транзистора и степени его пасьпцсиия. С увсличеипем тока ки степепь nacbiiTici-iiiH силового тра.мзистопа 10 у.мс гпипается. что ириводлп к уменллнонию напряжения на его база-коллекторном переходе, уменьшению прямого смещения база-эмиттерного перехода первого транзистора 7 и ослаблению отрицательной обратной связи усилителя 1, т. е. к увеличению базового тока силового транзистора 10. Таким образом, осуществляется слежение током базы за током коллектора силового транзистора на этапе «Включено.

Одновременно с подачей отрицательного управляющего сигнала на входную кле.мму 6 через четвертый резистор 19 на базу четвертого транзистора 18 поступает отрицательный сигнал. В результате четвертый транзистор 18 открывается и препятствует поступлению на неинвертирующий вход усилителя 1 отрицательного сигнала с конденсатора 24. На интервале «Включено с третьего резистора 12 сигнал положительной полярности, пропорциональный току эмиттера, поступает на инвертирующий вход второго усилителя 21, усиливается по амплитуде и через седьмой диод 22 подается на конденсатор 24. Последний заряжается до {апря- жения, величина которого прини.мается пропорциональной току коллектора. Такое допущение обосновано тем, что ток эмиттера в несколько десятков раз больще тока базы силового транзистора, например транзистора, выполненного по схеме Дарлингтона. В этом случае можно принять ток эмиттера равным току коллектора.

На интервале «Выключение на инвертирующий вход усилителя I подается положительный управляющий сигнал. При это.м к базе силового транзистора 10 через пятый диод 15 прикладывается запирающее отрицательное напряжение. Шестой диод 16 запирается и отк;почает от входных цепей второго транзистора 4 источник 11 напряжения смещения. В результате через пятый диод 15 и включенный параллельно ему база-эмиттернь1Й переход второго транзистора 14 начинают протекать обратные токи, запирающие силовой транзистор 10.

Одновременно с подачей положительного управляющего сигнала на клемму 6 через четвертый резистор 19 на базу четвертого транзистора 18 поступает положительный сигнал, под действием которого четвертый

0

5

0

5

0

5

0

транзистор 18 jaixObiBacTi я и г,:: :пш р i:- рующий вход ч : гголя 1 мере; p;i:i,;o; u- тельные пятый 20 ;i iiiecroii 2: ;H ii:cr;;;i: i подается с конденсато; ; 2-) (ц-плцате/и -кх напряжение, пропорпнопальноо тку KO.I.ICK- тора (нагрузки). Так как при за1п;ран;;и усилитель 1 совместно с трамзиотором 4 к цепи обратной связи и диодом 15 ii u iciaB- ляют собой преобразователь напряжение- ток, ток базы, запирающий силовой зистор 10, оказывается пропорциональным току коллектора. Соответствующим выбором соотношения площадей переходов элементов 14 и 15 и коэффициента усиления второго усилителя 21 обеспечивается необходимый коэффициент пропорциональности между током коллектора и током базы на интервале за11ира1-;ия при и:шенск.;и нагрузки в широких пределах. При запирании коллекторный ток быстро умепыпаотся. При этом y eпыLIaютcя входное и 1 ыходпое напряжения второго силителя 21, седьмой диод 22 запирается, а конденсатор 24 медленно разряжается по цепи 24-2-20-23-24. поддерживая напряжение на не -;нвертирую- щем входе первого усилителя 1 практически неизменным, исключая слмооткрыиг.пис силового транзистора.

Формула изобретении

Устройство .аля управления силовым тразисторным ключом по авт. св. ,о 944108, отличающееся те.м, что, с целью по1 ыц|енпя КПД и надежности, в него вве/хещ второй операционный усилитель, седьмой диод, четвертый, пятый, шестой резисторы и четвертый транзистор, база которого через четвертый резистор подключена к выходной к.чем- ме, эмиттер к общей шине, коллектор через пятый резистор к неинвертирующсму входу первого операционного уси.штеля, точка соединения э.миттера силового транзистора и третьего резистора подключена к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого подк. почеп к ;,агод седьмого диода, анод которого через iiiecTOi i резистор подключен к коллектору четвертого транзистора, а через кон.чепсатор - к об щей шине.

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в импульсных усилителях мощности и преобразователях напряжения. Цель изобретения - -LJ L повышение КПД и надежности. В устройство введены второй операционный усилитель 21, седьмой диод 22, конденсатор 24, четвертый, пятый и шестой резисторы 19, 20 и 23 и четвертый транзистор 18. Устройство содержит операционный усилитель 1, три транзистора 7, 14 и 17, шесть диодов 4, 8, 9, 13, 15 и 16, источник 11 напряжения смешения, три резистора 2, 5 и 12, силовой транзистор 10. На чертеже также показаны входная клемма 6 устройства, общая шина 3. Введение новых элементов с новыми взаимосвязями позволяет осуществить слежение током базы, запирающим силовой транзистор 10, за током его коллектора при изменении нагрузки в широких пределах, а также уменьшить динамические потери мощности при выключении силового транзистора. 1 ил. о (Л Оо СО to