Транзисторный ключ Советский патент 1988 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к и myльc- ной технике, в частности к бесконтактным коммутирующим устройствам, и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения, где требуется высокое быстродействие коммутаторов и высокий КПД,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет управления временем насыщения в зависимости от частоты и длительности управляющего сигнала,

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема транзисторного ключа.

Транзисторный клточ содержит согласующий tpaнcфopмaтop 1, ограничитель15 {+BS), где BS - индукция насыщения материала сердечника дросселя 6 насыщения, через сопротивление сток-исток RCJ, открытого небольшим отрицательным смещением на затворе полевоный резистор 2, диод 3 нелинейной

обратной связи, диод 4, силовой тран-20 го транзистора 8, зистор 5, дроссель 6 насьш|ения, уп- Напряжение U j, является выходным равляемое сопротивление 7, выполненное на полевом транзисторе 8, и LC- фнльтр на конденсаторе 9 и.дросселе 10, резистор 11 нагрузки, шины источника 12 управляющих импульсов и источника 13 питания, причем первичная обмотка согласующего трансформатора подключена к источнику 12 уп30

25

равляющих импульсов. Один из концов вторичной обмотки подключен к вторым концам первичной и вторичной обмоток 14 и 15 дросселя насьщения 6 и через базовый.диод 4 к базе силового

напряжением сглаживающего фильтра, образованного конденсатором 9 и дросселем 10, и предназначенным для выделения постоянной составляющей напряжения, падающего на ограничительном резисторе 2 и имеющего вид однополяр- ных прямоугольных импульсов за счет протекания базового тока Т силового транзистора 5,

В момент времени t , сердечник дросселя 6 насып1ения насыщается, индуктивное сопротивление первичной обмотки 14 падает, диод 3 нелинейтоянии. в момент времени t на вторичной обмотке согласующего трансформатора 1 появляется управляющее

напряжение с амплитудой полярности, указанной на чертеже без скобок,Транзистор 5 начинает отпираться и через некоторое время задержки, величина которого определяется частотными

свойствами транзистора, переходит в состояние глубокого насыщения. С момента to начинается намагничивание сердечника дросселя 6 насыщения до состояния положительного насыщения

{+BS), где BS - индукция насыщения материала сердечника дросселя 6 насыщения, через сопротивление сток-исток RCJ, открытого небольшим отрицательным смещением на затворе полевого транзистора 8, Напряжение U j, является выходным

напряжением сглаживающего фильтра, образованного конденсатором 9 и дросселем 10, и предназначенным для выделения постоянной составляющей напряжения, падающего на ограничительном резисторе 2 и имеющего вид однополяр- ных прямоугольных импульсов за счет протекания базового тока Т силового транзистора 5,

В момент времени t , сердечник дросселя 6 насып1ения насыщается, индуктивное сопротивление первичной обмотки 14 падает, диод 3 нелиней

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения, где требуются высокие быстродействие и КПД. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Транзисторный ключ содержит трансформатор 1, силовой транзистор 5, дроссель-6 насьщения. включенный своей -первичной обмоткой последовательно с диодом 3 нелинейной обратной связи между базовой и коллекторной цепями силового тран- зистора 5, диод 4, резистор 11 нагрузки и управляемое сопротивление, состоящее из полевого транзистора 8, в цепи затвора которого включен LC- фильтр на конденсаторе 9 и дросселе 10, и включенное между одним из выводов вторичной обмотки дросселя 6 и эмиттером силового транзистора 5, Автоматическое регулирование времени намагничивания сердечника дросселя 6 осуществляется путем изменения сопротивления сток-исток полевого транзистора 8 и таким образом скорости изменения тока, протекающего во вторичной обмотке дросселя 6. 1 ил. $ (Л

транзистора 5, коллектор которого че-35 ной обратной связи отпирается, и нарез резистор 1I нагрузки подключен к положительной шине источника 13 питания, а эмиттер к отрицательной шине источника 13 питания, к истоку починает действовать цепь нелинейной отрицательной обратной связи по току, Б результате действия отрицательной обратной связи ток базы транзистора

левого транзистора 8, через конденса-до 5 уменьшается, а рабочая точка транTQP 9 к его затвору, а также через ограничивающий резистор 2 к второму концу вторичной обмотки согласующего трансформатора 1 , через дроссель 10 подключен к затвору полевого 45 связи по току величина тока базы

транзистора 8, сток полевого транзис тора подключен к первому.концу вторичной обмотки 15 дросселя 6 насыщения, а первый конец первичной обмотки 14 дросселя 6 насьпцения через диод 3 нелинейной обратной связи подключен к коллектору силового транзистора 5.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Предположим, что до момента времени tJ- сердечник дросселя 6 насыщения за счет действия вторичной обмотки находится в размагниченном сое

50

55

транзистора 5 автоматически подде вается такой, что транзистор нахо ся на границе активной области и ласти насыщения,

Б таком режиме схема находитс до момента времени, когда на базе транзистора 5 появляется запирающ напряжение с полярностью, указанн на чертеже в скобках. Так как в р зультате действия обратной связи транзистор 5 к моменту ta наход ся на границе активного режима и жима нас{.щения, то при появлении пирающего сигнала уменьшение колл

чинает действовать цепь нелинейной отрицательной обратной связи по току, Б результате действия отрицательной обратной связи ток базы транзистора

зистора оказывается в активной области на границе насыщения.

Б интервале времени t., -to благодаря действию отрицательной обратной

0

5

транзистора 5 автоматически поддерживается такой, что транзистор находится на границе активной области и области насыщения,

Б таком режиме схема находится до момента времени, когда на базе транзистора 5 появляется запирающее напряжение с полярностью, указанной на чертеже в скобках. Так как в результате действия обратной связи транзистор 5 к моменту ta находится на границе активного режима и режима нас{.щения, то при появлении запирающего сигнала уменьшение коллек

торного тока начинается в тот же момент времени. Вследствие этого время выключения транзистора 5 уменьшается по сравнению с насыщенным режимом работы, в котором моменту начала сни-же- ния коллекторного тока предшествует интервал рассасывания неосновных носителей.в базе.

После запирания транзистора 5 сер- дечник дросселя 6 насыщения размагничивается из состояния +BS до нуля через открытый транзистор 8,

В момент времени t напряжение между стоком и истоком полевого транзистора 8 становится равным нулю и он закрывается. С этого момента времени до прихода следующего отпирающего управляющего импульса сердечник дросселя 6 насыщения находится в размагниченном состоянии, между стоком и истоком полевого транзистора 8 приложено обратное напряжение, а энергия, записанная в сглаживающем фильтре (конденсатор 9, дроссель 10) рассеивается на ограничительном резисторе 2, который в этом интервале времени играет роль разрядного сопротивления.

В данной схеме присутствует зависимость между временем намагничивания сердечника дросселя насьщения и длительностью импульсов управления силовым транзистором, что при работе устройства выглядит следующим обр-азом.

При изменении длительности импуль- ров управления изменяется среднее значение падения напряжения на резисторе 2, которое выделяется сглаживающим фильтром и поступает на затвор полевого транзистора 8.

Так как полевой транзистор находится в активном режиме, что обусловлено соответствующим выбором сопротивления ограничительного резистора 2, то изменение напряжения на его управляющем входе относительно истока изменяет величину тока стока траи- зист,ора, которая на интервале to - t, равна величине тока вторичной обмотки дросселя насьпчения, а следовательно, и сопротивлению участка сток-исток полевого транзистора, которое через ток стока влияет на время намагничивания. Таким образом, в предлагаемом устройстве имеется возможность автоматически регулировать время намагничивания сердечника дрос

0

5 5

0

5

0

5

селя насыщения в зависимости от длительности управляющих импульсов. Для того, чтобы предлагаемое устройство работало эффективно при любых длительностях импульсов управления на его входе, необходимо, чтобы длительность интервала времени t - t, равнялась бы длительности импульса t|j за вычетом величины длительности интервала t , - t, не -зависящей от длительности импульсов. Тогда при любых in намагничивание сердечника будет заканчиваться как раз за время t ,- t перед выключением силового тран 1Йстора, и транзистор 5 всегда будет находиться на границе области насыщения перед приходом запирающего импульса, т.е. время рассасывания неосновных носителей в его базе будет практически отсутствовать,

Для эффективной работы устройства должно выполняться несколько условий, исходя из которых также выбираются параметры управляемого сопротивления.

1,Во время закрытого состояния силового транзистора сердечник дросселя насыщения должен успеть размагнититься до нуля, В противном случае но время действия следующего отпирающего импульса сердечник дросселя насыщения насытится раньше, чем это требуется (время намагничивания t oi

g уменьшается), и положительные свойства предлагаемого транзисторного ключа утрачиваются.

2,Ток стока 1с протекакмций во вторичной обмотке дросселя 6 насыще-, ния, после его насьпцеиия должен быть гораздо меньше базового тока

силового транзистора 5, т.е, Т5. Это необходимо для того, чтобы падение напряжения на ограничительном резисторе 2 из-за протекания этого тока не влияло бы на величину среднего значения напряжения на резисторе 2 даже при минимальной длительности импульса.

3,Ток 1с протекающий во втори - ной обмотке дросселя насьпцения после его насьпцения, должен быть больше, чем ток, необходимьА для насыщения сердечника. Это необходимо чтобы вообще можно было осуществить насыщение сердечника дросселя 6 насыщения.

При однозначно определенных параметрах управляемого сопротивления 7 : и параметрах дросселя насьш1ения пред 5

1е

.геагаемое устройство может эффективно работать при изменении длительности импульсов управления на его входе от

ДО Ьымакс

Наличие в схеме транзисторного ключа управляемого сопротивления 7 позволяет автоматически регулировать время намагничивания сердечника дросселя 6 насыщения при изменении дли- тельности импульсов управления.

При .этом время рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора здесь практически отсутствует и за счет того, что перевод транзистора на границу режима насьпце ния производится непосредственно перед выключением силового транзистора потери мощности на открытом ключе, остаются такими же, как в известном устройстве.

Полезный результат, заключающийся в уменьшении потерь мощности, рассеиваемой на силовом транзисторе в открытом состоянии, получае.мый в известной схеме в определенном диапазоне длительностей импульсов управления при ручной регулировке переменного резистора в зависимости от длительности импульсов управления, достигается в устройстве при условии автоматической регулировки управляемого сопротивления, что и обуславливает расширение функциональных возмож- ностей,. под которым понимается возможность использования устройства в качестве регулирующего элемента в им пульсных стабилизаторах постоянного напряжения или в инверторах различных преобразовательных устройств.

0

5

0

5

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, эмиттер - коллекторный переход которого включен последовательно с шинами источника питания и резистором нагрузки, база через прямовключенный диод соединена с первыми выводами первичной и вторичной обмоток дросселя насьпцения, второй вьгаод первичной обмотки дросселя насыщения через диод нелинейной обратной связи подключен к коллектору силового транзистора, согласуюощй трансформатор, первичная обмотка которого подключена к шинам источника управляющих импульсов, вторичная обмотка первым выводом соединена с первым выводом ограничительного резистора, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет управления временем насыщения в зависимости от частоты и длительности управляющего сигнала, введены полевой транзистор и LC-фильтр, причем исток полевого транзистора соединен с эмиттером силового транзистора, вторым выводом ограничительного резистора и через конденсатор LC-фильтра с затвором, который через дроссель LC-фильтра соединен с первым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом вторичной обмотки дросселя насыщения, второй вывод которой соединен со стоком полевого транзистора.