Транзисторный ключ Советский патент 1989 года по МПК H03K17/60 

&«а- П р

Изобретение относится к электро- технике, а именно к электронным устройствам управления элементами автоматических систем и вторичных источников питания

Целью изобретения является увеличение КПД за счет уменьшения мощности управления в широком диапазоне температур.

На чертеже приведена электрическа схема устройства.

Транзисторный ключ содержит силовой транзистор 1, коллектор которого соединен с выходной клеммой 2 и катодом диода 3 обратной связи, а эмиттер через резистор 4 соединен с минусовой шиной источника питания и выходной клеммой 5. База силовог© транзистора 1 соединена с эмиттером входного транзистора 6 и через первый шунтирующий резистор 7 с минусовой шиной источника питанияс База транзистора 6 соединена с анодом диода 3 обратной связи, коллекторами токостабилизирующих транзисторов 8, 9 и через второй шунтирующий резистор 10 с минусовой шиной источника питания,,-Эмиттер транзистора 8 соединен с базой транзистора 11 и базой

транзистора 9, база-эмиттерный переход которого шунтирован резистором 12, а эмиттер через резистор 13 соединен с плюсовой шиной источника 14 питания и через токоограничительный диод 15 с коллектором транзистора 6, в цепи питания которого включен ре- зистивный делитель, состоящий из резисторов 16, 17, точка соединения которых подключена к эмиттеру транзистора 11, коллектор которого соединен с базой транзистора 8 и через резистор 18 с управляющим входом 190

В случае необходимости в схему вводится полевой транзистор 20 с р-п переходом, сток которого соединен с базой силового транзистора 1, затвор через конденсатор 21 соединен с входом 19 управления и через резистор 22 с истоком и минусовой шиной источника питания.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

При наличии сигнала I (Uvnp UПит) на входе 19 транзисторы 8, 9 закрыты, транзистор 6 также закрыт, следовательно, закрыт и силовой транзистор 1. Потребление тока по цепи питания отсутствует, что позволяет

5

0

5

0

5

0

5

0

5

использовать данный ключ в режимах плавного нарастания напряжения питания.

При подаче на вход 19 О ( 0) по цепи базы транзистора 8 через резистор 18 протекает ток„ Падение напряжения на резисторах 12, 13 от эмиттерного тока транзистора 8 открывает транзистор 11, замыкается отрицательная обратная связь, и транзистор 8 выходит на режим стабилизации тока, так как при увеличении тока эмиттера транзистора 8 увеличивается падение напряжения на резисторах 12, 13, что вызывает дополнительное открывание транзистора 11, который уменьшит ток базы транзистора 8. Под действием тока коллектора транзистора 8 на резисторе 10 появится падение напряжения, которое откроет транзистор 6„ Падение напряжения на резисторе 16 от тока коллектора транзистора 6 уменьшит ток коллектора транзистора 11, при этом транзистор 8 дополнительно откроется и падение напряжения на резисторе 12 увеличится, что еще больше откроет транзистор 9 и как следствие транзистор 6. Процесс увеличения тока коллектора транзистора 9, а следовательно, и транзистора 6 будет продолжаться до тех пор, пока не откроется диод 3, что произойдет при условии, что напряжение на коллекторе силового транзистора 1 будет меньше напряжения на базе транзистора 6 на величину падения напряжения на диоде 3. Теперь увеличение тока коллектора транзистора 9 не будет вызывать увеличение тока транзистора 6. Схема придет к установившемуся режиму.

В случае, если диод 3 не откроется, то при достижении максимального тока коллектора транзистора 6 напряжение на резисторе 17 станет больше, чем напряжение на диоде 15, диод откроется и дальнейшее увеличение тока коллектора транзистора 9 прекратится. Схема придет к другому установившемуся режиму.

При наличии в схеме транзистора 20 конденсатора 21, резистора 22 в исходном состоянии конденсатор 21 зарядится до величины напряжения источника питания, транз истор 20 открыт и своим малым сопротивлением сток - исток шунтирует база-эмиттерный переход транзистора 1, поддерживая его в закрытом состоянии. При подаче на вход 19 уровня О транзистор 20 закрывается и не мешает работе транзисторного ключа. При подаче на вход 1 открытый полевой транзистор уменьшает время рассасывания носителей в базе силового транзистора 1

Таким образом, при изменении тока протекающего через транзисторный ключ, будет изменяться падение напряжения коллектор - эмиттер силового транзистора, что вызовет большее или меньшее открывание входного транзис- тора, сигналом чего служит падение напряжения на резистивном делителе. При большем открывании входного транзистора падение на делителе большее. Так как коэффициент усиления /5 силового и входного транзисторов очень сильно зависит от тока, протекающего через них, ток управления не имеет линейной зависимости от то- к коллектора силового транзистора, что при индуктивной нагрузке, когда ток коллектора силового транзистора линейно нарастает до максимального значения, имеет особое значение. Коэффициенты усиления р транзисто- ров на малых токах больше, чем на максимальных. Таким образом, ток управления, необходимый для поддерживания в открытом состоянии транзис- торного ключа при линейном изменении тока нагрузки, меньше тока, вычисленного при условии постоянства р. Данная схема изменяет ток управления с учетом конкретного значения коэффициентов усиления, которые зависят не только от тока силового транзистора, но и от температуры„ Благодаря наличию отрицательной обратной связи изменение величины напряжения источника питания не приводит к изменению тока управления. Таким образом, за счет уменьшения потребляемого тока уменьшается потребляемая от источника питания мощность управления.

Дополнительное введение полевого транзистора позволяет уменьшить время рассасывания носителей в базе силового транзистора.

Формула изобретения

1.Транзисторный ключ, содержащий выходной силовой транзистор, резис- тивный датчик тока, включенный в цепь эмиттера выходного сигнала ран зистора, входной транзистор, эмиттер которого соединен с базой выходного силового транзистора и первым шунтирующим резистором, а база - с вторым шунтирующим резистором, и управляющий транзистор, отличающий- с я тем, что, с целью увеличения КПД за счет уменьшения мощности управления, в него ввечены диод отрицательной обратной связи, первый и второй токостабилизирующие транзисторы, токоограничительный диод, ре- зистивный делитель и первый, второй, третий резисторы, причем база входного транзистора соединена с коллекторами первого и второго токостабили зирующих транзисторов и с анодом дио ца отрицательной обратной связи, катод которого соединен с коллектором выходного силового транзистора, эмиттер первого токостабилизирующего транзистора соединен с базой управляющего транзистора и базой второго токостабилизирующего транзистора, база-эмиттерный переход которого шунтирован первым резисторе- , а эмиттер через второй резистор соединен с шиной источника питания и через токо- ограничивающий диод с коллектором входного транзистора, в цепи питания которого включен резистивный делитель, средняя точка которого соединена с эмиттером управляющего транзистора, коллектор которого соединен с базой первого токостабилизирующего транзистора и через третий резистор с входом управления.

2.Ключ поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что введен полевой транзистор с p-n-переходом, конденсатор и четвертый резистор, причем выход полевого транзистора подключен параллельно первому шунтирующему резистору, а вход шунтирован четвертым резистором и через конденсатор подключен к входу управления.

Изобретение относится к коммутационной технике, а именно к силовым транзисторным ключам. Целью изобретения является повышение КПД транзисторного ключа за счет уменьшения потребляемой мощности управления. Ток базы силового транзистора 1 изменяется входным транзистором 6, управляемым токостабилизирующими транзисторами 8, 9 в зависимости от тока нагрузки и коэффициента усиления силового транзистора 1. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.