Транзисторный ключ Советский патент 1989 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульс-- йой технике и предназначено для ис- 1}1ользования при коммутации значитель- ijibix по величине токов, в частности i источниках вторичного электролита- Мия.

Цель изобретения - уменьшение рас- ёеиваемой мощности.

На фиг.1 представлена принципиаль- Йая электрическая схема предложенного Транзисторного кдю ча; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов, иллюстри- 1|)ующие его работу.

Транзисторный ключ содержит сило- йой транзистор 1, входной трансфор- jiaTop 2 с первичной, вторичной, пер- зой и второй дополнительными вторичными обмотками З-б соответственно, /зел 7 задержки нарастания тока с дросселем 8, токоограничительным резистором 9 и демпфирующим диодом 10, узел 11 задержки нарастания напряже- ция с вспомогательным транзистором J2 и управляемым ключевым элементом J3 на транзисторе, зашунтированном 4братно включенным разделительным ди- |)дом 14, выпрямитель 15, первый и ВТОРОЙ сглаживающие, например конденсаторные, фильтры 16 и 17, управляемой формирователь импульсов в виде бдновибратора 18 на транзисторах 19 и 20 с дополнительным транзистором 21, узел 22 гальванической, например бптронной развязки. Кроме того, имеются вывбды 23 и 24 для подключения Щеточника управляющих импульсов и фыводы 25 и 26.для подключения коммутируемой цепи, а также дополнительный |)езистивньш делитель. 27 в одновибра- tope.

Коллектор силового транзистора 1 сгоединен с выводом 25, а эмиттер-ба- ;8рвый переход - с цепью вторичной обмотки 4 входного трансформатора 2, Соединенного первичной обмоткой 3 с йьшодами 23 и 24. Узел 7 задержки нарастания тока включен между -эмиттером (Ьнлового транзистора 1 и выводом 26, при этом дроссель 8 зашунтирован последовательно соединенными токоограничительным резистором 9 и обратно включенным демпфирующим диодом 10. Ймиттер-коллекторный переход вспомо- .1Г ательного транзистора 12 включен параллельно Э1миттер-коллекторному neреходу силово го транзистора 1, а эмит tep-базовый переход через маломощньй упр авляемый ключевой элемент 13 - с 1(епью первой дополнительной вторичной

обмотки 5 входного трансформатора 2. Выпрямитель 15 и сглаживающий фильтр 16 подключены последовательно к дополнительной вторичной обмотке 6 входного трансформатора 2. Вход сглаживающего фильтра 17 соединен с вьшода- ми токоограничительного резистора 9 .Шины питания одновибратора 18 подключены к выходным вьтодам сглаживающего фильтра 16, один из которых соединен с выводом 26, пусковой вход - к цепи второй дополнительной вторичной обмотки 6 входного трансформатора 2, управляющий вход - к выходу сглаживающего фильтра 17, а выход через узел 22 оптронной развязки - к управляющему входу управляемого ключевого элемента 13.

В одновибраторе 18 в качестве ре- ЗИС.ТИВНОГО времязадающего элемента использован эмиттер-коллекторньй переход дополнительного транзистора 21 с проводимостью, противоположной проводимости основных транзисторов 19 и 20. При этом эмиттер-базовьй переход дополнительного транзистора 21 соединен с цепью управляющего входа одновибратора 18 через дополнительньй резистивньй делитель 27

Устройство работает следующим образом,

В процессе управления силовым транзистором 1 на обмотках 3-6 вход- лого трансформатора 2 присутствуют прямоугольные импульсы Uij-Ue (фиг.2а),

длительность /с

vnp-r

которых соответст

вует заданному времени открытого состояния транзисторного ключа. На интервале времени t .,-t узел. 7 задержки нарастания тока обеспечивает продолжение бестоковой паузы, благодаря чему исключаются потери мощности на силовом транзисторе 1 при его включении. Накопленная в дросселе 8 энергия отводится через токоограничительньй резистор 9 и демпфирующий диод 10.. При этом на выходе сглаживающего фильтра 17 формируется постоянное напряжение, в еличина которого пропорциональна протекающему в коммутируемой цепи току 1, (фиг.2в).

Основные динамические потери мощности для силового транзистора :1 относятся, к интервалу его выключения t3-t4, складывающемуся.из времени спада тока i и времени рассасывания избыточных носителей в базе. При .отсутствии задержки нарастания напряжения и 1 на эмиттер-коллекторном пе

реходе силового транзистора 1,(пунктирная линия, фиг.2в) последний рассеивает весьма значительную мощность что предопределяет снижение КПД ключа и увеличение габаритов тештоотвод Предложенное изобретение обеспечивает задержку нарастания напряжения и, причем с четко вьфаженными границами, длительность, оптимальную для текущего то.кового режима силового транзистора 1.

По заднему фронту управляющего импульса, т.е. в момент времени t, осуществляется пуск одновибратора 18 с формированием импульса U,g (фиг.26). Время квазиустойчивого состояния одновибратора. 18, определяющее длительность ,г.р. ii (Фиг.26) открытого состояния вспрмогательного транзистора 12, соответствует -степени открытия транзистора 21, которая зависит от напряжения на выходе сглаживающего фильтра 17, пропорционального току i.

4 5 55

Количество избыточных носителей в базе силового транзистора 1 и время их рассасывания после его выключения обратно пропорциональны току ij. Точно такая же зависимость имее место и между временем к;вазиустойчи вого сортояния одновибратора 18 и напряжения на выходе сглаживающего фильтра 17. Таким образом, вспомогательный транзистор 12, открьшаясь, шунтирует эмиттер-коллекторный переход силового транзистора 1 и обеспечивает задержку нарастания напряжения и на время -Супр.п, строго равное в каждом конкретном случае времени рассасьшания -Cpacc.i избыточных j носителей в базе силового транзистора 1. В результате практически исключаются потери мощности при выключении последнего. Кроме того, устраняется избыточность в длительности формируемой задержки, что позволяет раширить диапазон регулирования скважности управляющих импульсов.

Преднамеренно вводимое отклонение (. й времени открытого состояния транзисторного ключа от заданног,о (iJynf.i) в системах автоматического регулирования, например в импульсных стабилизирующих источниках питания, не имеет принципиального значе:Ния, поскольку отрабатывается по компенсационному методу.

U50102

10

, а.5 Формула изобретения

1. Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом коммутируемой цепи, эмиттер-базовый переход- с цепью первой вторичной обмотки входного трансформатора, первичная обмотка которрго подключена к выводам источника управляющих импульсов, узел задержки нарастания тока, включенный между эмиттером силового транзистора и вторым выводом коммутируемой цепи, g выполненный в виде дросселя, шунтированного последовательно соединенными токоограничительным резистором и обратно включенным диодом, узел задержки нарастания напряжения, о т 20

личающийся тем, что, с це30

лью уменьшения рассеиваемой мощности, введены вьтрямитель, два сглаживающих фильтра, управляемый формирователь импульсов в виде одновибратора, узел 25 гальванической развязки и две дополнительные вторичные обмотки входного трансформатора, а узел задержки нарастания напряжения выполнен в виде вспомогательного транзистора и управляемого ключевого элемента, шунтированного обратно включенным разделительным диодом, причем эмиттер-кол.-- лекторный переход вспомогательного транзистора включен параллельно эмиттер-коллекторному переходу силового 35 транзистора, эмиттер-базовый переход через управляемый ключевой элемент - с цепью первой дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, выпрямитель и первый сглаживающий фильтр соединены последовательно с выводами второй дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, вход второго сглаживакнцего фильтра соединен с выводами токоограничи- 45 тельного резистора, шины питания одновибратора подключены к выходным выводам первого сглаживающего фильтра, один из которых соединен с вторым выводом коммутируемой цепи, пус- 0 ковой вход одновибратора подключен к цепи второй дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, управляющий вход - к выходу второго сглаживающего фильтра, а выход одно- 5 вибратора через узел гальванической развязки - к управляющему входу управляемого ключевого элемента,

2. Ключ ПОП.1, отличающийся тем, что одновибратор

выполнен на двух транзисторах одного проводимости и третьем транзисторе другого типа проводимости, причем базовая цепь первого транзистора 1:оединена с пусковым входом одновиб- }атора, коллекторная цепь второго транзистора - с выходом одновибрато°ра, эмиттер-коллекторный переход третьего транзистора включен в базовую времязадающую цепь второго транзистора, а базовая цепь третьего транзистора через резистивный делитель соединена с управляющим входом одновибратора.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к бесконтактным коммутаторам для вторичных источников питания. Цель изобретения уменьшение рассеиваемой мощности .достигается за счет задержки нарастания на эмиттер-коллекторном переходе силового транзистора 1 напряжения на время, равное времени выхода его из насыщения при выключении. Транзисторный ключ содержит силовой и вспомогательный транзисторы 1 и 12, входной трансформатор 2, узел 22 гальванической развязки, узлы 7 и 11 задержки нарастания тока и напряжения, управ- - ляемый формирователь импульсов в виде одновибратора 18. В зависимости от тока нагрузки меняется длитель- . ность формируемых импульсов одновиб- ратором 18, которые управляют вспомогательным транзистором, обеспечивающим задержку нарастания напряжения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. JS « (Л с ХЙ1 сд

5-6

а О

i J

ti-t2.