Полупроводниковый силовой выключатель Советский патент 1962 года по МПК H03K17/60 

Применение трансформаторов в качестве выключателей переменного тока позволяет успешно осуществлять бесконтактные переключатели питания, управляемые и обратимые выпрямители, преобразователи частоты и т. л.

Для этой цели известно применение выключателей на встречно-параллельно включенных в коммутируемую сеть транзисторах.

Особенностью предлагаемого силового выключателя этого типа является объединение баз этих транзисторов и соединение их посредством управляющего устройства через вспомогательные диоды либо с коллекторами транзисторов при установке выключателя в положение «открыт, либо с эмиттерами транзисторов при установке выключателя в положение «закрыт.

Такое включение транзисторов позволяет существенно упростить схему управления и принципиально отказаться от применения внешнего источника 1питания.

Расширение предела мощности, коммутируемой выключателем, осуществляется в Соответствии с изобретением, соединением баз транзисторов с управляющим устройством через один или несколько каскадов усиления на транзисторах, включенных это схеме эмиттерного повторителя.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого полупроводникового выключателя; на фиг. 2-эквивалентная схема, поясняющая его работу.

Силовые тр.анзисторы ГА и Т Б с р-л-р проводимостью соединены в симметричную группу, обладающую характеристиками симметричного триода.

В схему входят две группы управляющих транзисторов. В первой группе транзисторы Т, TZ к Тз с р-п-р проводимостью соответствен№ 150159- 2 но возрастающей величины соединены по,схеме эмиттерных повторителей, совместно с полупроводниковыми диодами Д и Дч образуют цепочку, управляющую открыванием силовых транзисторов ГА и Г /,-.

Другая группа управляющих транзисторов и ГБ с п-р-п проводимостью совместно с полупроводниковыми диодами Дз и Д обра-, зуют цепочку, управляющую запиранием силовых транзисторов ТА и Т Б.

Величина диодов Д1 и Дг, а также управляющего транзистора Т выбирается по максимальному суммарному току без силовых транзисторов ТА И Т Б (от 5 до 10% максимального суммарного тока коллекторов, в зависимости от коэффициентов усиления транзисторов при прямом и обратном включении, следовательно, от степени симметрии силовых транзисторов).

Величина диодов Дз и Д4 и транзистора Т выбирается по максимальному суммарному току утечки силовых транзисторов ГА и Т г, (по суммарному току покоя схемы с общей базой около 0,3% максимального суммарного тока коллекторов).

На U у„р подается управляющий сигнал. При сигнале указанной на схеме полярности (и достаточной его величине) силовые транзисторы ГА и ТБ полностью открыты для рабочего тока любого направления. При отсутствии управляющего сигнала (или при сигнале обратной полярности) эти транзисторы полностью заперты для рабочего напряжения любой полярности.

Фиг. .2 служит для пояснения работы схемы, показанной на фиг. 1. Здесь симметричный транзистор Т, эквивалентный группе транзисторов ГА - Т в , Я - переключатель, эквивалентный управляющим транзисторам Гз и Г4. Нижнее положение переключателя Я соответствует подаче управляющего сигнала прямой полярности, открытию транзисторов Г, TZ, Гз и закрытию транзисторов Г4, Т.

При этом база силового транзистора Г оказывается автоматически присоединенной через диод Д: или Д2 к электроду, который в данной фазе рабочего тока является коллектором (у симметричного транзистора крайние электроды « равной мере оба могут служить как эмиттером, так и коллектором).

Транзистор Г в обоих -направлениях полностью открыт (находится в режиме насыщения), так как при подключении базы транзистора к Коллектору через достаточно малое сопротивление он полностью открывается.

Падение напряжения на Открытом транзисторе Г не может быть меньше падения напряжения на участке база - коллектор, то есть в данном случае меньще падения напряжения на диодах . Да и на управляющем транзисторе Гз.

Поэтому для уменьшения потерь, вызывающих нагрев силовых транзисторов ГА, ТБ , эти последние, а также диоды Дь Да и управляющий транзистор Гз должны выбираться с минимальными падениями напряжения. Для мощных выключателей рекомендуется введение в цепь, управляющую открыванием, дополнительного копменсирующего напряжения до 1,0 в, например от трансформатора тока ГГ (фиг. 1).

Верхнее положение переключателя Я соответствует отсутствию управляющего сигнала либо (сигналу обратной полярности) закрытию управляющих транзисторов Г, Га, Гз и открытию транзисторов Т, Т. При этом база силового транзистора Г оказывается автоматически присоединенной (через диод Дз или Д4) к тому электроду, который в данной фазе рабочего напряжения является его эмиттером.

Эквивалентный силовой транзистор Г, при этом полностью запирается в обоих направлениях, поскольку подключение базы транзистора через достаточно малое сопротивление к его эмиттеру обеспечивает запирание транзистора.

Для того, чтобы силовой транзистор при этом запирался полностью, падение напряжения в цепи, состоящей из диодов Д и Д и транзистора Т, должно быть минимальным, то есть элементы цепи управления запиранием силовых транзисторов также должны выбираться с минимальным падением напряжения. Для мош:ных выключателей рекомендуется введение в эту цепь дополнительного запирающего напряжения (до 20), например, от трансформатора напряжения ТН (фиг. ).

Дополнительными элементами схемы выключателя (фиг. 1) являются конденсатор С, защищающий схему от коммутационных перенапряжений и сопротивлений г/, г/, Гз, з, 4 и г. Эти сопротивления, рассчитанные на малые токи управления и утечки, соответственно служат:

г/ и ri - для открывания транзисторов Т vi Т и запирания транзисторов TI, TZ, TS при отсутствии управляющего сигнала;

2 и Гз-для более полного запирания транзисторов TZ и Т- при отсутствии управляющего сигнала;

Гц-для более полного запирания транзистора Т при наличии нормального управляющего сигнала;

Г5 - для запирания всех управляющих транзисторов при управ.ляющем сигнале прямой полярности, но малой величины.

Для того, чтобы силовые транзисторы ГА и ГБ работали только в режиме ключа, обеспечивающем сведение нагревающих транзисторы потерь к минимуму, управляющий сигнал должен иметь максимально крутой фронт (например, может быть использован сигнал с выхода полупроводникового триггера).

Предмет изобретения

1.Полупроводниковый силовой выключатель переменного тока на транзисторах, включенных в коммутируемую цепь встречно-параллельно, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы управления, базы транзисторов объединены и посредством управляющего устройства соединяются через вспомогательные диоды либо с коллекторами транзисторов при установке выключателя в положение «открыт, либо с эмиттерами транзисторов при установке выключателя в положение «закрыт.

2.Полупроводниковый силовой выключатель по п. I, отличающийся тем, Ч.ТО, с целью расширения предела мощности, коммутируемой выключателем, базы транзисторов соединены с управляющим устройством через один или несколько каскадов усиления на транзисторах по схеме эмиттерного повторителя.

- 3 -„NO 150159

0

j