Транзисторный ключ Советский патент 1992 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение преимущественно в преобразователях постоянного напряжения в постоянное и в импульсных модуляторах, а также в устройствах реверсивного электропривода постоянного тока.

Цель изобретения - увеличение быстродействия,

На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого транзисторного ключа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Транзисторный ключ (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 силовые транзисторы, вспомогательный источник 3 питания, ограничитель 4 тока (например, в виде резистора), первый диод 5, первый резистор б и конденсатор 7. Имеются первая 8 и вторая 9 выходные шины, второй 10, третий 11 и четвертый 12 диоды, а также второй 13 и третий 14 резисторы и управляющая шина 15.

При этом первый вывод конденсатора 7 соединен непосредственно с катодом диода 5, с первым выводом резистора 6 и через ограничитель 4 тока с анодом диода 5 и базой транзистора 1. Его эмиттер подключен к коллектору транзистора 2, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом источника 3 и шиной 8. Коллектор транзистора 1 подключен к шине 9. Второй вывод конденсатора 7 соединен с анодом диода 10 и катодом диод 11. Коллектор транзистора 1 подключен через резистор 13 катоду диода 12, анод которого соединен с первым выводом резистора б, второй вывод которого подключен к положительному выводу источника 3. Его отрицательный вывод соединен с катодом диода 10 и чере резистор 14 - с базой транзистора 2,анодом диода 11 и с управляющей шиной 15.

Транзистор 1 выбирается высоковольтным с толстой базой и поэтому он имеет большое время включения и увеличенное время выключения Коэффициент передачи П21Э по току в схеме с ОЭ у него мал.

Транзистор 2 выбирается низковольтным и поэтому имеет большую величину Г121Э, э также меньшие времена включения и выключения, чем у транзистора 1.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

В исходном состоянии в интервалах между импульсами управляющего тока Ii5 транзисторы 1 и 2 заперты, диоды 5.11 и 12 также заперты. Конденсатор 7 дозаряжается током Ио по цепи: положительный полюс источника 3 - резистор б - конденсатор 7 - диод 10 отрицательный полюс источника

3 (фиг.2, а, в). Напряжение EI на коллекторе запертого транзистора 1 имеет максимальную величину (фиг.26). В момент Ti поступления положительного импульса hs

управляющего тока от шины 15 на базу транзистора 2 он отпирается. При этом начинается протекание тока И от источника 3 через резистор А, база-эмиттерный переход транзистора 1 и открытый транзистор 2 (фиг.2г). При этом диод 5 заперт, з емкость его р-n перехода выполняет функцию элемента, форсирующего отпирание транзистора 1.

Одновременно начинается разряд конденсатора7током спо цепи: верхний вывод конденсатора 7 - резистор 4 - база-эмиттерный переход транзистора 1 -«-открытый транзистор 2-резистор 14 - диод 11 - нижняя обкладка конденсатора 7. Диод 10 при

этом заперт. Токи Ms и с протекают через база-эмиттерный переход транзистора 1 в одном и том же направлении. Токи Hs и с через база-эмиттерный переход транзистора 2 протекают в противоположных направлениях. В результате во время формирования фронта выходного напряжения через база-эмиттерный переход транзистора 1 протекает результирующий суммарный ток тр М + с, а через база-эмиттерный переход транзистора 2 протекает результирующий ток

l2p lis - Ic.

В этих условиях обеспечивается ускорение процесса включения высоковольтного транзистора 1, обладающего меньшей величиной Г121Э, что дает некоторое уменьшение времени включения и сокращение длительности фронта.

В процессе отпирания транзисторов 1 и 2 (формирование фронта выходного напряжения) напряжение EI на коллекторе транзистора 1 уменьшается. В момент, когда это

напряжение становится меньшим, чем напряжение Е7. до которого заряжен конденсатор 7, происходит отпирание диода 12 (фиг.26). При этом образуется дополнительная цепь для протекания дополнительного

разряда конденсатора 7: верхняя обкладка конденсатора 7 - диод 12 - резистор 13 - открытые транзисторы 1 и 2 - резистор 14, зашунтированный база-эмиттерным переходом транзистора 2 - диод 11 - нижняя

обкладка конденсатора 7. Диод 10 при этом по-прежнему заперт. Протекание тока ly приводит к уменьшению тока базы транзистора 1 до значения БТ И + Ic -1 (фиг.2а). а ток базы транзистоар 2 уменьшается до величины &2 И + Ic -1. У обоих транзисторов в результате протекания тока I уменьшается степень насыщения (при одном и том же значении тока нагрузки), что способствует уменьшению времени рассасывания в момент окончания импульса lis. Разряд конденсатора 7 создает, таким образом, эффект нелинейной отрицательной обратной связи по току базы, охватывающий оба транзистора ключа. Если возникает тенденция увеличения степени насыщения транзи- сторов 1 и/или 2 (например, вследствие повышения температуры окружающей среды), то остаточное напряжение на ключе (фиг.26) стремится к уменьшению, а это приводит к увеличению составляющей тока I разряда конденсатора 7. Соответственно, токи без IBI и 1в2 уменьшаются; уменьшается как степень насыщения обоих транзисторов ключа, так и время выключения. Глубина создающейся таким образом отрицательной обратной связи может устанавливаться выбором сопротивления резистора 13.

В момент Т2, когда импульс hs тока управления заканчивается (фиг.2а), низко- вольтный транзистор 2 быстро переходит в запертое состояние и путь для протекания тока эмиттера у высоковольтного транзистора 1 разрывается. При этом аналогично прототипу ток рассасывания, обеспечива- ющий ускоренное выключение транзистора 1, протекает через диод 5, конденсатор 7 и диод 10.

Положительный технический эффект от использования предлагаемого транзистор- ного.ключа состоит в уменьшении времени его выключения, что позволяет повысить быстродействие (в частности, возможно повышение рабочей частоты). При использова

нии ключа в составе, например, преобразователя постоянного напряжения в постоянное, путем повышения частоты может быть уменьшен уровень пульсаций выходного напряжения; могут быть также уменьшены габариты и масса устройства.

Формула изобретения Транзисторный ключ, содержащий первый и второй силовые транзисторы, вспомогательный источник питания, ограничитель тока, первый диод, первый резистор и конденсатор, первый вывод которого соединен непосредственно с катодом первого диода, с первым выводом первого резистора и через ограничитель тока с анодом первого диода и базой первого транзистора, эмиттер которого подключен к коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом вспомогательного источника питания и первой выходной шиной, коллектор первого транзистора подключен к второй выходной шине, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, введены второй, третий и четвертый диоды, второй и третий резисторы, причем второй вывод конденсатора соединен с анодом второго диода и катодом третьего диода, коллектор первого транзистора подключен через второй резистор к катоду четвертого диода, анод которого соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого подключен к положительному выводу вспомогательного источника питания, отрицательный вывод которого соединен с катодом второго диода и через третий резистор - с базой второго транзистора, анодом третьего диода и управляющей шиной.

I$JcJ#

a a

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения. Цель изобретения - повышение быстродействия транзисторного ключа путем уменьшения времени его выключения. В процессе отпирания транзисторов 1 и 2 напряжение на коллекторе транзистора 1 уменьшается. Когда оно становится меньше, чем напряжение, до которого заряжен конденсатор 6, отпирается диод 12. Образуется цепь для протекания дополнительного тока разряда конденсатора 6: верхняя обкладка конденсатора 6, диод 12, резистор 13, открытые транзисторы 1 и 2, резистор 14. Б-Э переход транзистора 2, диод 11, нижняя обкладка конденсатора 6. Разряд конденсатора 6 создает эффект нелинейной отрицательной обратной связи по току базы, охватывающий оба транзистора 1 и 2 ключа. 2 ил. 12 73 -Ј{--CZ) ё 41 о о о со со

1

V

If, Ifo

в