Способ управления квазинасыщенным транзисторным ключом и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях, регуляторах и стабилизаторах напряжения или тока.

Цель изобретения - упрощение и повышение КПД квазинасыщенного транзистор- ного ключа за счет упрощения его технической реализации и уменьшения времени накопления заряда в диоде.

На фиг. 1 - 3 представлены схемы устройств, реализующих способ управления.

Способ управления квазинасыщенным транзисторным ключом состоит в том. что в течение необходимого времени подают прямой базовый ток, который ограничивают на уровне, обеспечивающем квазинасыщенное состояние силового транзистора, подают на переход эмиттер - база запирающий сигнал, ограничивают потенциал коллектора на заданном уровне после его выключения, рассылают предварительно накопленный в диоде заряд током нагрузки, который ответвляют в диод из коллекторной цепи силового транзистора, накопление заряда в диоде производят с момента подачи на переход эмиттер - база силового транзистора запирающего сигнала фиксированным по величине током, которым одновременно рассасывают заряд перехода коллектор - база силового транзистора до запирания этого перехода, причем величину этрго тока задают в зависимости от максимального тока нагрузки ключа, а диод выбирают с временем жизни дырок в его базе

О

со ю

больше времени рассасывания перехода коллектор - база силового транзистора

Устройство для осуществления способа управления квазинасыщенным транзисторным ключом (фиг, 1) содержит силовой и управляющий транзисторы 1 и 2 разного типа проводимости, блок 3 ограничения насыщения ключа, диод 4 с накоплением заряда, источник 5 напряжения, блокирующий диод 6, первый и второй резисторы 7 и 8, причем эмиттер силового транзистора 1 подключен к общей шине 9, а коллектор соединен с выходной шиной 10, первым выводом диода 4 с накоплением заряда и входом блока 3 ограничения насыщения ключа, первый выход которого подключен к базе силового транзистора 1, второй вывод диода 4 с накоплением заряда соединен с одним выводом источника 5 напряжения, другой вывод которого подключен к перво- му выводу первого резистора 7 и через блокирующий диод б - к общей шине 9, второй вывод первого резистора 7 соединен с коллектором управляющего транзистора 2, эмиттер которого подключен к второму вы- ходу блока 3 ограничения насыщения ключа и одному выводу второго резистора 8, другой вывод которого соединен с базой управляющего транзистора 2 и входной шиной 11, выходная шина 10 через нагрузку 12 под- ключена к шине 13 питания.

В устройстве, приведенном на фиг. 2, источник 5 напряжения, в качестве которого использован конденсатор, зашунтирован стабилитроном 14, а диод 4 с накоплением заряда - дополнительным резистором 15.

В устройстве, приведенном на фиг. 3, второй вывод диода 4 с накоплением заряда через дополнительный резистор 15 подключен к входной шине 11.

Устройство для осуществления способа управления квазинасыщенным транзисторным ключом работает следующим образом.

При появлении на входной шине 11 отпирающего сигнала включается силовой транзистор 1. При этом блок 3 ограничения насыщения ключа поддерживает квазинасыщенный режим силового транзистора 1. В течение открытого состояния силового транзистора, 1 ток в диодах 4, 6 и источнике 5 напряжения отсутствует, поскольку транзистор 2 заперт запирающим смещением на переходе эмиттер - база, создаваемым на резисторе 8 за счет протекания прямого базового тока лилового транзистора 1.

При появлении на входной шине 11 запирающего сигнала начинает протекать обратный базовый ток силового транзистора 1 по цепи: база силового транзистора 1 - блок 3 ограничения насыщения ключа - переход

эмиттер - база транзистора 2. Этот ток открывает транзистор 2, в результате чего от источника 5 напряжения начинает протекать ток, фиксированный по величине, по цепи; источник 5 напряжения - диод 4 - переход коллектор - база силового транзистора 1 - блок 3 ограничения насыщения ключа - переход эмиттер - коллектор транзистора 2 - резистор 7 - источник 5 напряжения. Этот ток фиксируется по величине резистором 7 и производит одновременно накопление заряда в диоде 4 и рассасывание перехода коллектор - база транзистора 1. После окончания этого этапа начинается рост потенциала коллектора транзистора 1 до напряжения, равного напряжению источника 5 напряжения, на уровне которого он фиксируется в течение времени восстановления обратного сопротивления диода 4, которое происходит в результате ответвления тока нагрузки 12 из коллекторной цепи в диод 4. При этом ток нагрузки 12 протекает через диод 4, источник 5 напряжения и блокирующий диод 6, Этим обеспечивается выключение транзистора 1 при нулевом токе коллектора и исключение динамических потерь. После восстановления обратного сопротивления диода 4 ключ выключается полностью. На этапе накопления заряда в диоде 4 источник 5 напряжения отдает энергию во внешнюю цепь, а на этапе восстановления обратного сопротивления диода 4 источник 5 напряжения, наоборот, является приемником энергии, поступающей из цепи нагрузки 12. Поэтому этот источник может быть выполнен в виде конденсатора 5, как это показано на фиг. 2. При этом в процессе работы напряжение на конденсаторе 5 изменяется незначительно, поскольку увеличение отдаваемой энергии при увеличении времени рассасывания коллекторного перехода компенсируется возрастанием энергии, поступающей из цепи нагрузки 12 при увеличении тока нагрузки. Обеспечение исходной величины заряда в конденсаторе 5 может быть обеспечено двумя путями, Когда по алгоритму работы устройства сначала появляется питающее напряжение, исходный заряд может быть обеспечен за счет резистора 15, подключаемого параллельно диоду 4 (фиг. 2), а напряжение на конденсаторе 5 должно быть ограничено на уровне, несколько превышающем номинальное значение стабилитроном 14, который в дальнейшем на работу схемы не оказывает влияния.

Когда первым в устройстве появляется напряжение на входной шине 11, исходный заряд в конденсаторе 5 может быть получен за счет подключения резистора 15 между

общей точкой источника 5 и диода 4 и входной шиной 11, как это показано на фиг. 3. В этом случае диод 6 выполняет еще и выпрямительную функцию.

Для нормального функционирования устройства необходимо выбирать диод 4 с временем жизни дырок в его базе не менее чем в 3 раза большим времени рассасывания коллекторного перехода при максимальном токе нагрузки.

Предлагаемый способ управления квазинасыщенным транзисторным ключом и устройство для его осуществления проще и имеют более высокий КПД, чем известные, за счет упрощения технической реализации и уменьшения времени накопления заряда в диоде.

Формула изобретения

1. Способ управления квазинасыщенным транзисторным ключом, состоящий в том, что в течение необходимого времени подают прямой базовый ток. который ограничивают на уровне, обеспечивающем ква- зинасыщенное состояние силового транзистора, подают на переход эмиттер - база запирающий сигнал, ограничивают потенциал коллектора на заданном уровне после его выключения, рассасывают предварительно накопленный в диоде заряд током нагрузки, который ответвляют в диод из коллекторной цепи силового транзистора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД, накопление заряда в диоде производят с момента подачи на переход эмиттер - база силового транзистора запирающего сигнала фиксированным по величине током, которым одновременно рассасывают заряд перехода коллектор - база силового транзистора до запирания этого перехбда, причем величину этого тока задают в зависимости от максимального тока нагрузки ключа, а диод

выбирают с временем жизни дырок в его базе больше времени рассасывания перехода коллектор - база силового транзистора.

2.Устройство для управления квазина- сыщенным транзисторным ключом, содержащее силовой транзистор, блок ограничения насыщения ключа, диод с накоплением заряда, источник напряжения и блокирующий диод, эмиттер силового транзистора подключен к общей шине, а коллектор соединен с выходной шиной, первым выводом диода с накоплением заряда и входом блока ограничения насыщения -ключа, первый выход которого подключен к базе

силового транзистора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД, введены управляющий транзистор противоположного типа проводимости, первый и второй резисторы, причем второй

вывод диода с накоплением заряда соединен с одним выводом источника напряжения, другой вывод которого подключен к первому выводу первого резистора и через блокирующий диод - к общей шине, второй

вывод первого резистора соединен с коллектором управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к второму выходу блока ограничения насыщения ключа и одному выводу второго резистора, другой

вывод которого соединен с базой управляющего транзистора и входной шиной.

3.Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что источник напряжения выполнен в виде конденсатора.

4. Устройство по пп. 2 и 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что конденсатор зашунтирован стабилитроном, а диод с накоплением

заряда - дополнительным резистором.

5. Устройство по п.З, отличающеес я тем, что второй вывод диода с накоплением заряда через дополнительный резистор подключен к входной шине.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных преобразователях, регуляторах и стабилизаторах напряжения или тока. Цель изобретения - упрощение и повышение КПД квазинасыщенного транзисторного ключа за счет упрощения его технической реализации и уменьшения времени накопления заряда в диоде. Накопление заряда в диоде 4 производят с момента подачи на переход эмиттер-база транзистора 1 запирающего сигнала фиксированным по величине током, которым одновременно рассасывают заряд перехода коллектор-база транзистора 1 до запирания этого перехода. 3 ил. fe

ю А я

15

r- -r-c: -i

1 5«

-II С

.2

фЈ/г.З