Управляемый транзисторный ключ Советский патент 1992 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении однофазных и трехфазных инверторов, конверторов, регуляторов тока и напряжения.

Известен транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, опорный диод и усилитель тока, при этом катод опорного диода соединен с коллектором силового транзистора, анод с одним входом усилителя, а второй вход усилителя соединен с базой силового транзистора, выход усилителя соединен с базой силового транзистора. Недостатками данного ключа являются невысокая степень насыщения силового транзистора в открытом состоянии и отсутствие активного запирания в режиме отсечки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому ключу является транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, опорный диод, первый резистор смещения рабочей точки опорного диода, второй, третий и четвертый резисторы, операционный усилитель с дифференциальным входом, многокаскадный усилитель тока, два разнополярных источника питания с

VJ

ГО

ю

00

о

общей средней точкой, узел управления и активного запирания силового транзистора. Опорный диод катодом соединен с коллектором силового транзистора, а анодом - с первым резистором смещения рабочей точки опорного диода и неинвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод резистора смещения соединен с положительной клеммой первого источника питания, а второй инвертирующий вход операционного усилителя соединен через второй резистор с базой силового транзистора. Выход операционного усилителя через третий резистор соединен с входом многокаскадного усилителя тока, а через четвертый резистор - с инвертирующим входом операционного усилителя, выход многокаскадного усилителя соединен с базой силового транзистора. По цепи питания многокаскадный усилитель тока включен между положительной клеммой первого источника питания и общей средней точкой. Узел управления и активного запирания силового транзистора входом соединен с источником управления ключом, а выходом - с базой силового транзистора. По цепи питания узел управления и активного запирания включен между отрицательной клеммой второго источника питания и общей средней точкой. На фиг.1 представлена схема известного ключа. Недостатками известного ключа являются повышенные динамические потери в ключе вследствие низкого быстродействия процесса запирания и пониженная надежность запирания ключа в статическом режиме отсечки тока (запирания).

Цель изобретения - повышение КПД ключа и надежности его в работе.

Указанная цель достигается тем, что в управляемый транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, опорный диод, первый резистор смещения рабочей точки опорного диода, второй, третий и четвертый резисторы, операционный усилитель с дифференциальными входом, многокаскадный усилитель тока, два разнополярных источника питания с общей средней точкой, узел управления и активного запирания силового транзистора, блок управления ключом, при этом опорный диод катодом соединен с коллектором силового транзистора, а анодом - с первым резистором смещения рабо- чей точки опорного диода и неивертирующим входом операционного усилителя, второй вывод резистора смещения соединен с положительной клеммой первого источника питания, а второй инвертирующий вход операционною усилителя соединен через второй резистор с базой

силового транзистора, выход операционного усилителя через третий резистор соединен с входом многокаскадного усилителя тока, а через четвертый резистор - с инвертирующим входом операционного усилителя, выход многокаскадного усилителя соединен с базой силового транзистора, по цепи питания многокаскадный усилитель тока включен между положительной клеммой первого источника питания и общей средней точкой; узел управления и активного запирания силового транзистора входом соединен с блоком управления ключом, а выходом - с базой силового транзистора, по

цепи питания узел управления и активного запирания включен между отрицательной клеммой второго источника питания и общей средней точкой, введены дополнительно транзистор и два резистора, при этом

коллектор транзистора соединен с входом многокаскадного усилителя тока, эмиттер с отрицательной клеммой второго источника питания, база с одним выводом одного дополнительного резистора, второй вывод которого соединен с входом узла управления и активного запирания силового транзистора, второй дополнительный резистор включен параллельно база-эмиттерному переходу дополнительного транзистора.

На фиг.2 показана схема управляемого транзисторного ключа.

Управляемый транзисторный ключ содержит силовой транзистор 1, опорный диод 2, первый резистор 3 смещения рабочей

точки опорного диода, второй резистор 4, третий резистор 5, четвертый резистор 6, операционный усилитель 7 с неинвертирующим входом 8 и инвертирующим входом 9, многокаскадный усилитель тока 10 с входом

11 и выходом 12, первый источник питания с положительной клеммой 13, второй источник питания с отрицательной клеммой 14, общую среднюю точку 15 источников 13,14, узел управления и активного запирания 16

с входом 17 и выходом 18, блок управления ключом 19, дополнительные транзисторы 20 и резисторы 21, 22.

Ключ работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на выходе блока управления 19 закрыты транзисторы узла управления и активного запирания 16 и транзистор 20. На неинвертирующий вход fi операционного усилителя 7 через резистор

3 поступает положительный потенциал от клеммы 13.Положительный потенциал с выхода операционного усилителя через резистор 5 поступает на вход 11 многокаскадного усилителя тока 10. Усилен- ный по току сигнал с выхода 12 поступает на

базу силового транзистора 1, удерживая его в открытом состоянии. Особенностью работы силового транзистора 1 при изменении тока его коллектора в широких пределах (тока нагрузки) является поддержание транзистора в режиме оптимального насыщения за счет автоматического изменения тока его базы. Происходит это следующим образом. При конкретном токе коллектора (нагрузки) силового транзистора 1 переход коллектор- база насыщенного транзистора смещен в направлении, соответствующем указанной на фиг.2 полярности. Это напряжение, сравниваясь с опорным напряжением диода.2, поступает на входы 8, 9 операционного усилителя 7, а затем - на усилитель 10 и базу силового транзистора 1. При изменении, например увеличении, тока коллектора транзистора 1 напряжение перехода коллектор-база уменьшается, что приводит к увеличению потенциала на неинвертирующем входе 8 операционного усилителя 7. Увеличивается сигнал на его выходе и, следовательно, возрастает ток на выходе усилителя 10, что приводит к возрастанию тока в базе транзистора 1, вновь возвращая его к прежней степени насыщения при возросшем токе коллектора. Таким образом в схеме происходит автоматическое регулирование тока базы при изменении тока коллектора. При появлении на выходе блока управления ключом 19 сигнала управления положительной полярности транзисторы узла управления и активного запирания 16 открывают- ся.а на эмиттер-оазовый переход силового транзистора 1 поступает запирающее напряжение по цепи: клемма 15, переход эмиттер-база транзистора 1, эмиттер-коллектор выходного транзистора и ограничительный резистор узла 16, клемма 14. Происходит активное запирание силового транзистора. Одновременно с этим открывается дополнительный транзистор 20, пол- ностью шунтируя выходной сигнал операционного усилителя 7. При этом значительно форсируется процесс запирания силового транзистора 1, что приводит к уменьшению динамических потерь и повышается надежность запирания ключа в статическом режиме отсечки тока (запирания). Формула изобретения

Управляемый транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, опорный диод, первый резистор смещения рабочей

точки опорного диода, второй, третий и четвертый резисторы, операционный усилитель с дифференциальным входом. многокаскадный усилитель тока, два разно- полярных источника питания с общей средней точкой, узел управления и активного запирания силового транзистора, блок управления ключом, при этом катод опорного диода соединен с коллектором силового транзистора, а анод - с первым резистором

смещения рабочей точки опорного диода и неинвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод резистора смещения соединен с положительной клеммой первого источника питания, инвертирующий вход операционного усилителя через второй резистор соединен с базой силового транзистора, выход операционного усилителя через третий резистор соединен с входом многокаскадного усилителя тока, а

через четвертый резистор - с инвертирующим входом операционного усилителя, выход многокаскадного усилителя тока соединен с базой силового транзистора, выводы питания многокаскадного усилителя

тока включены между положительной клеммой первого источника питания и общей средней точкой, вход узла управления и активного запирания силового транзистора соединен с блоком управления ключом, а выход - с базой силового транзистора, выводы питания узла управления и активного запирания включены между отрицательной клеммой второго источника питания и общей средней точкой,

отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности в работе, в него введены дополнительные транзистор и два резистора, причем коллектор дополнительного транзистора соединен с входом

многокаскадного усилителя тока, эмиттер - с отрицательной клеммой второго источника питания, база - с первым выводом первого дополнительного резистора, второй вывод которого соединен с входом узла управления и активного запирания силового транзистора,второй дополнительный резистор включен параллельно база-эмиттерно- му переходу дополнительного транзистора.

Фие.2

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении однофазных и многофазных (трехфазных) инверторов, конверторов, регуляторов тока и напряжения. Цель изобретения - повышение КПД и надежности в работе. Указанная цель достигается за счет того, что в ключ дополнительно введены транзистор 20 и два резистора 21, 22. В режиме отсечки тока дополнительный транзистор 20, находящийся в открытом состоянии, шунтирует выход операционного усилителя 7 канала управления ключом в открытом состоянии, способствуя таким образом интенсификации динамического процесса запирания и надежному закрытому состоянию силового транзистора 1 в режиме отсечки тока. Ключ содержит опорный диод 2, резисторы 3-6, многокаскадный усилитель 10 тока, узел 16 управления и активного запирания силового транзистора 1, блок 19 управления ключом. 2 ил. Ё