Транзисторный ключ Советский патент 1992 года по МПК H03K17/60 

JO

L

VI

VI V|

SO

со

VI

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в качестве ключевого усилителя мощности в различных усилительных и преобразовательных устройствах.

Известен самозащищенный транзисторный ключ, содержащий ключевой транзистор, узел отпирания, узел запирания, резистивный датчик тока в силовой цепи ключевого транзистора и пороговый элемент, входом связанный с датчиком тока, а выходом - с узлами отпирания и запирания (1), Датчик тока измеряет ток через силовой переход ключевого транзистора.

При сверхтоке через транзистор падение напряжения на датчике растет и по достижении порога срабатывания порогового элемента вызывает срабатывание последнего, и его выходной сигнал подается на узлы отпирания и запирания и вызывает выключение ключевого транзистора.

Недостатком этого устройства является использование в нем в качестве датчика тока резистора. Действительно, поскольку датчик помещен в силовую цепь ключевого транзистора, в нем рассеивается дополнительная мощность, снижая КПД транзисторного ключа. Кроме того, ввиду неизбежного технологического разброса параметров ре- зистивного датчика, необходимы либо введение предварительной настройки в пороговый элемент, либо индивидуальная подгонка каждого датчика, что отрицательно сказывается на технологичности изделия.

Существенным недостатком является также паразитная индуктивность собственно резистивного датчика и связанных с ним цепей, вызывающая звон на датчике при коммутации ключевого транзистора, способного вызвать ложное срабатывание порогового элемента. Фильтрация же выходного сигнала датчика снижает быстродействие защиты и соответственно понижает надежность транзисторного ключа.

Известно усфойство, реализующее другой способ защиты транзисторного ключа от перегрузки и состоящее из ключевого составного транзистора, узла управления, узла защиты, измерительного диода, под- ключенного к коллектору ключевого транзистора, и резистора, связанного с дополнительной шиной питания (2).

Известное устройство реализует защиту транзисторного ключа по падению на коллекторе ключевого транзистора. При воздействии тока ключевой транзистор еы- ходит из насыщения, и падение напряжения на его коллекторе растет. По достижении этим напряжением порога срабатывания

измерительный диод запирается, вызывая срабатывание узла защиты и запирание транзисторного ключа. Данное устройство технологично и обладает высоким быстродействием, но имеет низкие функциональные возможности. Действительно, шина питания ключа постоянно через резистор и измерительный диод связана с коллектором ключевого транзистора и выходной цепью.

0 В отдельных случаях, например, в многофазных мостовых управляющих преобразователях вентильных электроприводов такая связь имеет ряд недостатков. В частности, при подключении вспомогательного источ5 ника питания к схемам управления транзисторными ключами преобразователя до подачи на него силового питания (наиболее часто встречающаяся ситуация) возможно несанкционированное вращение двигателя,

0 вызванное тем, что обмотка двигателя оказывается подключенной через открытые ключи преобразователя и через соответствующие резисторы и измерительные диоды закрытых ключей к их шинам вспомогатель5 ного питания. Кроме того, во всех случаях когда транзисторный ключ заперт, при малой величине напряжения на коллекторе (также часто встречающиеся случаи), будет иметь место влияние шины питания на

0 внешние цепи ключа.

Устройство (2) по своей технической сущности наиболее близко к предлагаемому и выбрано в качестве прототипа.

Цель изобретения - повышение надеж5 ности транзисторного ключа путем уменьшения влияния потенциала шины питания на выходную цепь.

Поставленная цель достигается тем, что в самозащищенном транзисторном ключе,

0 содержащем первый и второй транзисторы, блок управления, первый и второй диоды, резистор, причем коллектор первого транзистора подключен к первому выводу первого диода и первому выводу второго диода,

5 второй вывод которого соединен с входом защиты блока управления и через резистор с шиной питания, входная шина подключена к управляющему входу блока управления, выход которого соединен с базой

0 второго транзистора, эмиттер которого подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, коллектор второго транзистора и второй вывод первого диода подключены к выходной ши5 не.

На чертеже изображена схема транзисторного ключа.

Самозащищенный транзисторный ключ

содержит первый 1 и второй 2 транзисторы,

первый 3 и второй 4 диоды, резистор 5, шину

6 питания, блок 7 управления, выходная шина 8, общую шину 9, входную шину 10.

Устройство работает следующим образом.

На входную шину 10 транзисторного ключа подаются управляющие сигналы. Блок управления 7 в соответствии с реализуемой им стратегией управляет (например, форсированное отпирание и активное запирание) управляет работой транзисторов 1 и 2, включенных по схеме составного транзистора. Измерительная цепь защиты, состоящая из резистора 5, подключенного к шине питания 6, и диода 3, постоянно следит за потенциалом на коллекторе транзистора 2. Когда транзисторный ключ открыт и насыщен и ток, протекающий через его силовой переход, не превышает допустимого уровня, напряжение на коллекторе транзистора 2 ниже внутреннего порогового напряже- ния блока управления 7, и вход защиты блока управления закрыт. Ток шины питания б в этом режиме протекает по цепи - резистор 5, диод 3, силовой переход транзистора 2, общая шина 9. При коротком замыкании нагрузки или возникшей в силу тех или иных причин перегрузки ключа в период его открытого состояния транзистор 2 выходит из состояния насыщения и переходит в линейный режим. Потенциал на его коллекторе возрастает, и в момент превышения им порогового напряжения блока управления вход защиты блока управления открывается, а диод 3 запирается, изменяя контур

протекания тока от шины питания 6 - резистор 5, вход защиты блока управления 7. Блок управления при этом независимо от состояния его входной шины снимает отпирающий сигнал с базы транзистора 1. запирая, таким образом, транзисторный ключ.

Диод 1 предотвращает попадание потенциала шины питания 6 на выходную шину 8, исключая тем самым влияние этой шины на внешние цепи транзисторного ключа и нагрузку.

Блок управления 7 может иметь различные структуры, реализующие различные стратегии управления транзисторным ключом.

Формула изобретения Транзисторный ключ, содержащий первый и второй транзисторы, блок управления, первый и второй диоды, резистор, коллектор первого транзистора подключен к первому выводу первого диода и первому выводу второго диода, второй вывод которого соединен с входом защиты блока управления и через резистор с шиной питания, входная шина подключена к управляющему входу блока управления, выход которого соединен с базой второго транзистора, эмиттер которого подключен к базе первого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, коллектор второго транзистора и второй вывод первого диода подключены к выходной шине.

Использование: в импульсной технике, в частности в усилительных и преобразовательных устройствах. Сущность изобретения: устройство содержит 2 транзистора