Транзисторный ключ Советский патент 1990 года по МПК H03K17/60 

ел ел

о

О

ел

Изобретение относится к импульсной технике, преимущественно к импульсным усилителям мощности, и может быть использовано в устройстве преобразования электрической энергии, вторичных источниках электропитания, системах автоматизированного электропривода и т.п.

Цель изобретения - повышение на- дежности работы.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого транзисторного ключа; на фиг.2 (а-д) - временные диаграммы его работы; на фиг.З - принципиальная схема одного из возможных вариантов предлагаемого устройства.

Транзисторный ключ содержит коммутирующий- транзистор 1, коллектор которого подключен к выходной шине 2, а эмиттер - к общей шине 3. В цепь отпирания коммутирующего транзистора 1 включен управляемый источник 4 тока, подключенный также к первой шине 5 питания. База коммутирующего транзистора 1 и управляющи вывод источника 5 тока через соответственно диоды 6 и 7 и первый ключевой элемент 8 подключены ко второй шине 9 питания, а через соответственно- диоды 10 и 11 и второй ключевой элемент 12 - к второму выводу накопительного конденсатора 13, который через третий ключевой элемент 14 подключен к шине 9. Первый вывод накопительного конденсатора 13 через зарядный 15 и разрядный 16 элементы подключен соответственно к шинам 5 и 3. Управляющие выводы элементов 15 и 16, а также ключевых элементов 12 и 14 подключены к выходу одновиб- ратора 17, вход которого, а также управляющий вывод ключевого элемента 8 соединены с шиной 18 управления.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t на шину 18 подается сигнал отпирания (фиг.2а). Выходной сигнал одновибратора 17 при

этом не меняется и остается на высоком уровне (фиг.26). При этом зарядный элемент 15 и ключевой элемент 14 открыты, а разрядный элемент 16 и ключевой элемент 12 закрыты. Таким образом накопительный конденсатор 13 подключен соответственно к положительной 5 и отрицательной 9 шинам питания и заряжается (фиг.2в,г). Под

Q

0 5 Q Q г

5

0

5

действием входного сигнала закрывается ключевой элемент 8 и снимает сигнал запирания с управляющего вывода источника 4 тока. Источник 4 тока открывается, обеспечивая протекание отпирающего тока в базу коммутирующего транзистора 1, чье напряжение база - эмиттер становится положительным (фиг.2д). Диод 7 предотвращает закорачивание управляющего вывода источника 4 тока на базу коммутирующего транзистора 1.

В момент времени t с шины 18 снимается отпирающий сигнал (фиг.2а), по отрицательному перепаду которого запускается одновибратор 17 и открывается ключевой элемент 8. Выходной сигнал одновибратора 17 при этом переключается на низкий уровень. Зарядный элемент 15 и ключевой элемент 14 закрываются, а разрядный элемент 16 и ключевой элемент 12 открываются. Таким образом, накопительный конденсатор 13 отключается от шин питания и через ключевой элемент 12, диод 11 и разрядный элемент 16 включается между базой и эмиттером коммутирующего транзистора 1, напряжение база - эмиттер которого становится отрицательным и равным по абсолютной величине сумме положительного и отрицательного напряжения на шинах 5 и 9 питания (фиг.2д).

На управляющий вывод источника 4 тока через диод 10 подается сигнал запирания; источник 4 тока закрывается и прекращается протекание тока в базу коммутирующего транзистора 1.

При этом происходит форсированное запирание коммутирующего транзистора 1 и через накопительный конденсатор 13 начинает протекать разрядный ток (фиг.2в), напряжение на нем уменьшается (фиг.2г)„

Ключевой элемент 12 и разрядный элемент 16 будут оставаться открытыми в течение всего времени релаксации одновибратор 17, которое выбирается таким, чтобы обеспечить надежное запирание коммутирующего транзистора 1. Диод 11 предотвращает закорачивание управляющего вывода источника тока 4 на базу коммутирующего транзистора 1, В момент времени t3 сигнал на выходе одно- .вибратора 17 переключается на высокий уровень (фиг.26), ключевой элемент 12 и разрядный элемент 16 за

5155

крываются, а ключевой элемент 14 и зарядный элемент 15 открываются. Таким образом, накопительный конденсатор 13 отключается от базы и эмиттера коммутирующего транзистора 1, тем самым прекращая процесс его форсированного запирания, и снова подключается к шинам 5 и 9 питания, чем формируется цепь его дозаряда (фиг.2в,г).

Поскольку сигнал на шине 18 не изменился (фиг.2а), ключевой элемент 8 продолжает оставаться открытым. Таким образом, управляющий вы- вод источника 4 тока и база коммутирующего транзистора 1 через соответственно диоды 6 и 7 и открытый ключевой элемент 8 оказываются подключенными к отрицательной шине 9, тем самым обеспечивая режим активного запирания коммутирующего транзистора 1 до прихода следующего отпирающего сигнала (фиг.2д). Диоды 7 и 10 предотвращают влияние друг на друга соответственно удерживающей (ключевой элемент 8) и формирующей (ключевой элемент 12) цепей. В момент времени t на шину 18 снова подается отпирающий сигнал, и про- цессы в устройстве повторяются.

В описании и на фиг.2а,б уровни управляющих сигналов показаны условно и без привязки к конкретной схемотехнике используемых элементов Принципиальное значение имеют только их перепады и взаимное расположение во времени.

На фиг.З представлена принципиальная схема одного из возможных вариан- тов предлагаемого устройства. Ключевые элементы и зарядный и разрядный элементы реализованы на биполярных транзисторах различного типа проводимости.

Таким образом, благодаря тому, что интервал времени С2 - Сэ (фиг.2) определяется только временем релаксации введенного одновибратора 17, время заряда и разряда накопительного конденсатора 13 не зависит от соотношения времен открытого и закрытого состояний (скважности работы) ком

0 5 0

Q 5

0

5

мутирующего транзистора 1. Это спечивает стабильность среднего значения напряжения на накопительном конденсаторе 13 и соответственно периодов рассасывания и спада коммути- рующего транзистора.

Благодаря введению в транзисторный ключ ключевого элемента 8, в отсутствие отпирающего сигнала на шине 18 коммутирующий транзистор 1 удерживается в режиме активного запирания, что значительно повышает надежность устройства.

ч

Фор- мула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий коммутирующий транзистор, управляемый источник тока, накопительный конденсатор, зарядный и разрядный управляемые элементы, коллектор коммутирующего транзистора соединен с выходной шиной, эмиттер - с общей шиной, а база через управляемый источник тока - с первой шиной питания, первый вывод накопительного конденсатора через зарядный элемент подключен к первой шине питания, а через разрядный элемент - к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, введены одновибратор, три ключевых элемента и четыре диода, база коммутирующего транзистора и управляющий вывод управляемого источника тока через соответствующие первый и второй диоды и первый ключевой элемент подключены к второй шине питания, а через соответствующие третий и четвертый диоды и второй ключевой элемент - к второму выводу накопительного конденсатора, который через третий ключевой элемент подключен к второй шине питания, управляющие выводы второго и третьего ключевых элементов, которые работают в про- тивофазе, а также управляющие выводы зарядного и разрядного элементов соединены с выходом одновибратора,вход которого соединен с шиной управления, которая подключена к управляющему выводу первого ключевого элемента.

Изобретение относится к импульсной технике, преимущественно к импульсным усилителям мощности, и может быть использовано в преобразователях энергии, вторичных источниках питания. Цель изобретения - повышение надежности работы - достигается введением одновибратора 17, ключевых элементов 12, 14, 8 и диодов 6, 7, 10, 11. Ключ содержит также коммутирующий транзистор 1, управляемый источник тока 4, зарядный 15 и разрядный 16 элементы, накопительный конденсатор 13, шины 5, 9 питания, общую шину 3, выходную шину 2, шину 18 управления. За счет введения новых элементов время заряда и разряда конденсатора 13 не зависит от скважности работы транзистора 1, что обеспечивает стабильность среднего значения напряжения на конденсаторе 13 и времени рассасывания неосновных носителей в транзисторе 1. 3 ил.

О

3

if

.0