Транзисторный ключ Советский патент 1989 года по МПК H03K17/60 

СП

о

9)

сл

00

а

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к ключевым преобразователям постоянного тока в переменный с регулируемой выходной мощностью широтно-импульсной модуляции.

Цель изобретения - повьппение КПД.

На фиг.1 представлена схема транзисторного ключа; на фиг.2 - времен- ные диаграм1-1Ь) работы.

Устройство содержит силовой транзистор 1, первый и второй трансформаторы 2 и 3, первый и второй резисторы 4 и 5, nepBbtfi,второй и третий диоды 6-8, вспомогательньй транзистор 9, трансформатор 10 тока, первьп и второй генераторы 11 и 12 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 13.

Коллектор транзистора 1 соединен с шиной 14 питания и катодом диода 6, анод которого соединен с эмиттером транзистора 9, коллектор которого подключен к базе транзистора 1 и первым выводам резисторов 4 и 5 и диодов 7 и 8, вторые выводы резистора 4 и диода 7 объединены и подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 2, вторые выво- ды резистора 5 и диода В объединены и подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 3, вторые выводы вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 объединены и под- ключены к общей шине 15, первичные обмотки трансформаторов 2 и 3 подключены к выходам генераторов 1 1 и 12 соответственно. Первичная обмотка трансформатора 10 включена между эмиттером транзистора 1 и общей шиной 15, первьй вывод вторичной обмотки трансформатора 10 соединен с эмиттером транзистора 9, второй вывод - с общей шиной 15, а средняя точка вторичной обмотки - с базой транзистора 9. Фазосдвигающий узел 13 включен между генераторами 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

Генераторы 11 и 12 вырабатывают прямоугольные биполярные симметричные импульсы, сдвинутые один относительно другого на некоторый фазовый угол, определяемый мощностью,раз виваемой в нагрузке транзистором 1 и задаваемый фазосдвигаюгцим узлом 13 (фиг. 2а, б). Как следует из -лриве- денных временных диаграмм, силовой

5

с

0

5 0

0 5 0 5

Q

транзистор 1 может быть возбужден токами через резисторы 4 и 5 только в промежутке времени, когда на вторичных обмотках обоих трансформаторов 2 и 3 имеются напряжения положительной полярности (интервгш t,-tj) относительно об1дс:й точки их соединения. Б интервале времени (,), когда полярность напряжения вторичной обмотки трансформатора 2 отрицательна, а напряжение вторичной обмотки трансформатора 3 имеет положительную полярност) относительно общей точки, к базе транзистора 1 прикладывается напряжение отрицательного смещения через диод 7, равное напряжению на вторичной обмотке трансформатора 2, за вычетом падения напряжения на диоде 7. Последний находится в проводящем ссстолнии током череп резистор 5. Ана.11огич)1ьгм образом, в интервгше времени, когда напряжение на втиричной обмотке трансформатора 3 имеет отрицательную, а ла вторичной обмотке трансформатора 2 положительную полярность ()) - отпирается диод 8 током через резистор 4, а напряжение на вторичной об- котке трансформатора 3 прикладывается к базе транзистора 1 в виде отрицательного смещения. В интервале времени, когда напряжение на вторичных обмотках обоих трансформаторов 2 и 3 имеет отрицательную полярность (tj-t), к база-эмиттерному переходу транзистора 1 прикладывается отрицательное напряжение через диоды 7 и 8, по которым протекает обратньш ток база-эмиттерного перехода транзистора 1, причем распределение этого тока по диодам 7 и 8 в зависимости от разбросов параметров самих диодов и напряжений вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 не имеет значения. Таким образом, силовой транзистор 1 может находиться в открытом состоянии только в промежутке времени . Средний ток через транзистор 1, следовательно, и средняя мощность, развиваемая в нагрузке, подключенной последовательно с транзистором 1, определяются ука- заяньм интервалом времени. В частности, при нагрузке в виде омичес кого сопротивления мощность Р, pat сеиваемая в ней, определяется иитер-- валом открытого состояния транзистор ного ключа следующим обра- ом:

P. I

JL Т

где амплитуда импульса тока через транзисто Т - период переключения ключа; К - величина сопрогпвлеиия

нагрузки;

At время открытого состояния транзистора 1 .

Изменяя при постоянном Т, можно изменять Р . Регулиро1 лние Р. методом широтно-импульсной модулящти в этом и заключается. 1 5менение интернала лС осуществляется узлом 13.

В промежутке времени (,), когда напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 2, 3 положительны относительно выводов,соеди- ненных между собой, в базу транзистора 1 поступает ток, раиньп сумме токов через резисторы 4 и 5. Ответвление указанного тока через коллекторный переход транзистора 9, смещенного в прямом направлении, не происходит, так как и(дуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора 10, входящей в цепь базы транзистора 9, намного больше индуктивного сопротивления первичной обмотки трансформатора О тока, входящего в цепь чмиттера .тора 1 .

Ток базы транзистора 1 ныбираегся из расчета обеспече 1ия такого минимального значения тока коллектора, при котором происходит регенеративное отпирание силового транзистора 1, Регенератинньи характер отпирания силового транзистора 1 обусловлен положительной обратной связью через трансформатор 10 тока. В течение времени, когда через силовой транзистор 1 протекает ток, на вторичной обмотке трансформатора 10 тока устанавливается определенное значение напряжения, задаваемое база-эмиттер- ным переходом транзистора 9. Напряжение между средней точкой и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора 10 тока выбрано равным мак- симады ому значению напряжения прямого смещеш1Я база-эмиттерного перехода силового транзистора 1 , с тем чтобы напряжение между коллектором и базой транзистора 9 в открытом состоянии поддерживалось приблизительно равньм нулю. С целью уменьшения кoм(yтaциoнныx потерь в сило

вом транзисторе путем пош.пиення счо быстродействия послседннй охнлчон не.гп1нейной отрипател,ной обрлтчом связью. Указанная отрицательная of ратная связь действует в течение времени, когда силовой транзистс)р 1 откр,1т, и осуществ-чяется с помопп-и) вспомогательного транзистора 9 и диода 7. Последний поддерживается в открытом состоянии некоторым из()ыт- ком тока вторичной обмотки трансформатора 10 тока по отношению к необходимому значению тока базы силового транзистора 1, задаваемому соответствующим выбором коэффициента трансформации трансформатора 10 тока, а именно должно ,выполняться условие

.„,..1)

l+v

+ J

0

0

5

0

5

где п - отношение полного числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки трансформатора 10 тока-, /: - минимальны коэффициент усиления по току силового транзистора 1 в схеме с общим эмиттером;

минимальный коэффициент усиления по току вспомогательного транзистора 9 в схеме с общей базой;

} - отношение количества витков нижней части к количеству витков верхней части вторичной обмотки трансформатора 10 тока, равное отношению напряжения на базе силового транзистора 1 при его открытом состоянии к напряжению прямого смещения база-эмиттерного перехода вспомогательного транзистора 9. В течение времени, когда полярность напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 3 или на из них, имеет отрицательное значение, . через соответствующий диод 7 или 8 это напряжение прикладьшается к база-эмиттерному переходу силового транзистора 1, запирая его.

Напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 3 выбраны близкими к максимально допустимому знзче нию направления обратного смещения база-эмиттерного перехода силового

транзистора 1 с целью надежного запирания последнего.

Использование трансформатора 10 тока и способ его подключения позволяют осуществить регенеративный характер процесса включения силового транзистора 1, а также такой режим вспомогательного транзистора 9 (и g 0, где - напряжение между коллектором и базой транзистора 9), при котором мощность, рассеиваемая на его коллекторе, равна нулю. Указанные обстоятельства привод к уменьшению на порядок мощности управления транзисторным ключом по сравнению с известным устройством при равных значениях коммутируемого тока в цепи силового транзистора. Уменьшение мощности управления и мощности потерь в цепях управления транзисторным ключом приводит к повышению КПД и облегчению конструкции транзисторного ключа.

Формула изобретени

Транзисторный ключ, содержащий силовой и вспомогательный транзисторы, первый и второй диоды, два трансформатора, первый резистор, два генератора прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазо- сдвигающий узел, который включен

5

0

5

0

между генераторами прямоугольн11гх симметричных импульсов напряжения, к выходам которых подключены первичные обмотки трансформаторов соответственно, коллектор силового транзистора соединен с шиной питания и катодом первого диода, база - с первыми выводами первого резистора и второго диода, вторые выводы которых подключены к первому выводу вторичной обмотки первого трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повьшения К11Д, введены трансформатор тока, второй резистор и третий диод, первые выводы которых подключены к базе силового транзистора, вторые выводы - к первому выводу вторичной обмотки второго трансформатора, вторые выводы вторичных обмоток первого и второго трансформаторов объединены и подключены к общей шине, первичная обмотка трансформатора тока включена между эмиттером силового транзистора и общей шиной, эмиттер вспомогательного транзистора соединен с анодом первого диода и первым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, второй вывод которой подключен к общей шине, а средняя точка - к базе вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен к базе силового транзистора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ключевых преобразователях постоянного тока в переменный с регулируемой выходной мощностью методом широтно-импульсной модуляции. Цель изобретения - повышение КПД. Для достижения цели в устройство введены трансформатор 10 тока, резистор 5 и диод 8. Устройство содержит также генераторы 11, 12 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 13, трансформаторы 2, 3, силовой 1 и вспомогательный 9 транзисторы, резистор 4, диоды 6, 7. Использование трансформатора 10 тока и способ его подключения позволяют осуществить регенеративный характер процесса включения силового транзистора 1, а также такой режим работы вспомогательного транзистора 9, при котором мощность, рассеиваемая на его коллекторе, равна нулю. 2 ил.

t, tj 5

Составитель Г.Терешина Редактор С.Патрушева Техред М.МоргенталКорректор Т.Малец

Заказ 5446/55

Тираж 884

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное