Ключ постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в бесконтактной коммутационной аппаратуре, устройствах преобразования и регулирования электрической энергии,

Цель изобретения - повышение КПД быстродействия и надежности ключа постоянного тока за счет уменьшения динамических потерь, сокращения времени рассасывания и выключения силового тран- зистора, снижения вероятности появления вторичного пробоя силового транзистора.

На чертеже представлена схема ключа постоянного тока.

Ключ постоянного тока содержит сило- вой 1 и управляющий 2 транзисторы, трансформатор 3 тока, блокирующий диод первый 5 и второй 6 резисторы, конденсатор 7, первичная обмотка 8 трансформатора 3 тока включена последовательно с коллек- торно-эмиттерной цепью силового транзистора 1, нагрузкой 9, общей шиной 10 и шиной 11 питания, которая соединена с первым выводом второго резистора 6, первый вывод вторичной обмотки 12 трансфер- матора 3 тока через блокирующий диод 4 подключен к эмиттеру силового транзистора 1, общей шине 10 и одному выводу первого резистора 5, другой вывод которого . соединен с базой силового транзистора 1 и через конденсатор 7 - с коллектором управляющего транзистора 2, база и эмиттер которого соответственно подключены к входной 13 и общей 10 шинам.

Второй вывод вторичной обмотки 12 трансформатора 3 тока соединен с коллектором управляющего транзистора 2 через первый диод 14 и с эмиттером силового транзистора 1 через второй диод 15, первый вывод вторичной обмотки 12 транс- форматора 3 тока через третий диод 16 под- ключен к одному выводу источника 17 напряжения, другой вывод которого соединен с общей шиной 10.

Второй вывод второго резистора 6 под- ключей к коллектору управляющего транзистора 2 через коллекторно-эмиттерный переход вспомогательного транзистора 18, которого через четвертый диод 19 соединена с коллектором силового транзисто- ра 1 и через третий резистор 20 - с инверсной входной шиной 21.

Ключ постоянного тока работает следующим образом.

При высоком уровне входного сигнала на входной шине 13 управляющий транзистор 2 включен и насыщен. При этом в кол- лекторой цепи транзистора 2 течет ток, зависящий от величины резистора 6. Силовой транзистор 1 выключен, а его тепловой

ток замыкается через резистор 5, включенный параллельной базоэмиттерному переходу. При поступлении запирающего импульса в базу управляющего транзистора 2 Он выключается и через резистор б в базу силового транзистора 1 задается отпирающий ток, что приводит к его включению и насыщению. Проводящее состояние силового транзистора 1 поддерживается за счет токовой обратной связи через трансформатор 3 тока. На этом интервале времени ток вторичной обмотки 12 трансформатора 3 тока протекает через конденсатор 7, базоэ- миттерный переход силового транзистора 1 и блокирующий диод 4. Под действием этого тока конденсатор 7 заряжается. Амплитуда напряжения на конденсаторе 7 зависит от тока нагрузки и длительности включенного состояния силового транзистора 1. При подаче импульса тока включения в базу управляющего транзистора 2 он включается и через насыщенный транзистор 2 заряженный конденсатор 7 с запирающей полярностью напряжения оказывается подключенным с базоэмиттерному переходу силового транзистора 1. В результате такого подключения конденсатора 7 происходит как бы обрыв эмиттерной цепи силового транзистора 1, а его коллекторный ток переключается на источник напряжения, функции которого выполняет конденсатор 7. Однако в отличие от известных ключей с обрывом эмиттерной цепи здесь этот источник напряжения имеет противоположный знак, а величина его напряжения зависит от режима работы силового транзистора 1. Этот источник напряжения с одной стороны принимает ток коллекторной цепи, а с другой поддерживает эмиттер силового транзистора под обратным напряжением. Такое подключение конденсатора 7 приводит практически к мгновенному запиранию силового транзистора.

Поскольку с ростом тока нагрузки растет амплитуда напряжения на конденсаторе 7, то и эффективность запирания транзистора 1 также увеличивается с ростом тока нагрузки. В течение всего процесса спада тока в коллекторной цепи ток вторичной об- могки 12трансформатора Зтока замыкается через управляющий транзистор 2 и блокирующий диод 4.

После выключения силового транзистора и спада коллекторного тока начинается процесс выведения энергии, накопленной в сердечнике магнитопровода трансформатора 3 тока. Энергия выводится через включающиеся второй 15 и третий 16 диоды в источник 17 напряжения, в качестве которо- может быть использован основной источник (на чертеже пунктиром показано подключение к основному источнику).

В момент времени, когда на входной шине 13 действует запирающий транзистор 2 импульс, на инверсной входной шине 2 i действует отпирающий транзистор 18 сигнал. При этом ток, поступающий через тран- зистор 18 в базу транзистора 1 и заряжающий его паразитную емкость на интервале времени включения, резко возра- стает, что позволяет сократить задержку включения. Как только транзистор 1 оказывается включенным, потенциал его коллектора падает, что приводит к уменьшению потенциала базы транзистора 18 через чет- вертый диод 0 и к его закрытию. Таким образом, обеспечивается значительный импульс тока в базу транзистора 1 на интервале времени задержки включения, в то же / время обеспечивается отсутствие потребле- ния энергии в цепь управления на остальной части периода. Резистор 6, как и диод 16, может быть подключен не только к основному источнику напряжения, но и к дополнительному.

КПД, быстродействие и надежность предлагаемого ключа постоянного тока выше, чем у известных, за счет уменьшения динамических потерь, сокращения рассасывания и выключения силового транзистора, снижения вероятности появления вторичного пробоя силового транзистора.

Формула изобретения

1. Ключ постоянного тока, содержащий силовой и управляющий транзисторы, трансформатор тока, блокирующий диод, первый и второй резисторы, конденсатор, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно с коллекторноэмиттерной цепью силового ранзигтора, нагрузкой, шиной питания и общей шиной, первый вывод вторичной обмотки тоанс- формз ора тока через блокирующий диод подключен с эмиттеру силовсго транзистора, общей шине и одному сыводу о резистора, другсй вывод которого соедини н с базои силового транзистора, второй ЕЫЭОД вторичной обмотки трансформатора тока подключен к коллектору управляющего транзистора, первому выводу конденсатора и через второй резистор к шине пктгнич, база управляющего транзистора соединена с входной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, быстродействия и надежности, эмиттер управляющего транзистора подключен к эмиттеру силового транзистора, база которого соединена с вторым выводом конденсатора.

2.Ключ постоянного тока поп. 1, о т л и чающийся тем, что второй вывод вторичной обмогки трансформатора тока соединен с коллектором управляющего транзистора через первый диод и с змиттэ- ром силового транзистора через второй диод, первый вь,вод вторичной обмотки трансформатора тока через третий диод под)лючен к одному выводу источника напряжения, другой вывод которого соединен с общей шиной.

3.Ключ постоянного тока по п. 1, от л и- чающийся тем. что второй резистор подключен к коллектору управляющего транзистора через коллекторно-эмиттер- ный переход вспомогательного транзистора, база которого через четвертый диод соединена с коллектором силового транзистора и через третий резистор - с инверсной входной шиной.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах преобразования и регулирования электрической энергии. Цель изобретения-повышение 7/о-Т КПД, быстродействия и надежности ключа постоянного тока - достигается путем уменьшения динамических потерь, сокращения времени рассасывания и выключения силового транзистора, снижения вероятности вторичного пробоя силового транзистора. При высоком уровне сигнала на шине 13 транзистор 2 включен, а транзистор 1 выключен. Когда на шине 13 действует запирающий транзистор 2 сигнал, на шине 21 действует отпирающий транзистор 18 сигнал. Ток, поступающий через транзистор 18 в базу транзистора 1, возрастает. После открывания транзистора 1 потенциал его коллектора падает, что приводит к уменьшению потенциала базы транзистора 18 и к его закрыванию, 1 ил. (Л С о ю ь о со р