Устройство управления транзисторным ключом Советский патент 1992 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к электротехн -. ке и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники,автоматики, вычислительной техники.

Известно устройство упранления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, змилер подключен к второму выходному выводу, а база соединена черездиод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу транзистора управления, второй силовой вывод которого подсоединен к первому входному выводу, а управляющий вход к выходу блока управления.

Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надежность транзисторного ключа вследствие выделения большей импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной о обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора. Величина указанной энергии пропорциональна току, протекающему через токоограничивающий резистор в цепи обмотки управления, который равен току намагничивания трансформатора тока и не может быть выбран достаточно большим.

Известно также устройство управления транзисторным ключом, содержащее пыходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму ЕЫходному выводу, а база соединена через диод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого подключен к первому входному выводу, а упрЭЕзляющий вход к выхрду блока управления, второй гран awстор управления, резистор, включенный между вторым входным выводом и пторым выводом обмотки управления трансформатора тока.

Недостатком известного устройства 51зляется низкая зксплуатационная надежность транзисторного ключа вследствие выделение большой импульсной мощности на коллекторном переходе при включении

выходного транзистора. Это обусловлено том. что включение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора тока в

период закрытого состояния выходного транзистора. Величина этой энергии пропорциональна току намагничивания обмотки управления, который не может быть сделан достаточно большим, так как ограничен индуктивностью этой обмотки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен

через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, базо-эмиттерный переход соединен через диод, шунтированный конденсатором, с

вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого присоединен к первому

сходному выводу и управляющий вход - к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включен){ый между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления

трансформатора тока, соединенным через первый диод с первым входным выводом, пторой диод.

Недостатки прототипа заключаются в 1 изкой эксплуатационной надежности

транзисторного ключа вследствие выделения значительной импульсной мощности на коллекторном переходе в момент включения выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного

транзистора происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора. Величина этой энергии пропорциональна току намагничивамия обмотки управления, который не может Оыгь сделан достаточно большим, так как ограничен большой индуктивностью эгой обмотки.

Цель изобретения - повышение эксплуатацион 10й надежности транзисторного ключа путем снижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора. Поставленная цель достигается тем, что

в устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а базо-эмиттерный переход присоединен через диод, шунтированный конденсатором, к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого присоединен к первому входному выводу, а вход управления - к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управления трансформатора тока, вторую обмотку управления, первый и второй диоды, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми с-иловыми выводами первого и второго транзисторов управления, при этом первый диод включен параллельно первому резистору, второй диод включен между первым входным выводом и первым выводом второй обмотки управления трансформатора тока, второй вывод которой подключен к второму выводу первой обмотки управления, а четвертый диод включен между первым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управления, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, а второй силовой вывод - к второму входному выводу.

Кроме того, при применении в блоке управления управляющего элемента в виде микросхемы с двумя выходными транзисторами, переключающимися синхронно синфазно, первый выходной вывод элемента управления соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с вторым выходом блока управления.

Одновременно выходной транзистор может быть включен по схеме с общей базой, то есть связь эмиттера с вторым выходным выводом осуществлена через вторичную обмотку трансформатора тока.

На фиг, 1 приведена электрическая схема устройства управления транзисторным ключом; на фиг. 2 - пример выполнения блока управления; на фиг. 3 - диаграмма токов и напряжений на элементах устройства.

Устройство управления транзисторным ключом содержит выходной транзистор 1, коллектор которого соединен через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока с первым выходным выводом. Базо-эмиттерный переход выходного транзистора 1 соединен через диод 4, шунтированный конденсатором 5, с вторичной обмоткой 6 тряисформзтора 3 тока, первая обмотка 7 управления которого включена последовательно с первым транзистором 8 управления и первым 5 резистором 9, шунтированным первым диодом 10, между входными выводами, подключенными к входу питания блока 11 управления, первый и второй выходные выводы которого подключены к входам управ0 ления соответственно первого 8 и второго 12 транзисторов управления, первые силовые выводы которых соединены через последовательно соединенные третий диод 13 и дроссель 14. Второй диод 15 включен последовательно с второй обмоткой 16 управления трансформатора 3 тока между первым входным выводом и точкой соединения первой обмотки 7 управления и первого резистора 9, а четвертый диод 17 включен

0 между первым входным еыводом и первым силовым выводом второго транзистора 12.

Кроме того, блок управления может быть выполнен на управляющем элементе (например микросхема 1114ЕУЗ или

5 1114ЕУ4), выходные выводы которого соединены выходами блока управления через резисторы 18 и 19 и конденсатор 20. Одновременно ВЫХО.ЦНОЙ транзистор 1 может быть включен по схеме с общей базой.

0Устройство работает следующим образом,

Елок 9 управления вырабатывает, например, последовательность прямоугольных импульсов (22, 23 фиг. 3), которые

5 поступают на управляющие входы транзисторов 8 и 10 управления. Пусть в некоторый момент времени открыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10. При этом по обмотке управления 7 протекает ток, величина которого ограничена резистором 11. и сердечник трансформатора 3 тока перемагничивается после предыдущего такта работы. На коллекторе транзистора В низкое напряжение (24 фиг. 3), а выходной

5 транзистор 1 заперт, так как на его управляющем входе - запирающее напряжение с обмотки 6 трансформатора 3 тока (25 фиг. 3). В момент времени 1 с выходов блока 9 управления приходят импульсы, запирающие

0 транзистор 8 и отпирающие транзистор 10. Вследствие инерционности процесса выключения транзисторов напряжение на коллекторе транзистора 10 увеличивается практически без задержки (26 фиг, 3), а напряжение на коллекторе транзистора 8 (24 фиг. 3) сохраняется низким на время выключения транзистора 8. Следовательно, в этот момент к дросселю 15 приложено входное напряжение, без учета падения напряжения на транзисторах 8 и 10 и диоде 14. В дросселе 15 начинает нарастать ток (27 . 3) до тех пор. пока не закончится период рассась ваикя неосновн ых мосмтелей 6 базозой области транзистора 3 и этот транзистор не запрется. При запирании транзистора 8 в момент 2 энергия, накопленная в дросселе 15, через трансформатор 3 тока передается в базовую область транзистора 1 и происходит его форсированное отпирание.Это объясняется тем, что ток, проходящий через дроссель 15, после запирани.я транзистора 8, начинает циркулировать по контуру: дроссель 15 - управляющая обмотка 7 - диод 13 - транзистор 10 - диод 14 -- дроссель 15. Этот ток трансформируется в базовую обмотку 6 трансформатора 3 тока и через ДуЮД 4 поступает в базовую область выходного транзистора 1, он отпирается. После того, как дроссель 15 полностью отдаст fiaKonленну1о энергию, диод 14 запирается и отд ел я ет обмотку 7 управления от транзистора 10. а напряжение на обмотке 7 будет определяться процессами, протекающими в первичной 2 и базовой 6 обмотках трансформатора 3 тока, при этом ток в базе транзистора 1 28 фиг, 3) будет пропорционален току о его коллекторе (29 фиг, 3).

После изменения напряжения на выходах блока 9 управления отпирается тракзистор 8 и шунтирует управляющую обмотку 7 трансформатора 3 тока по контуру; обмотка 7 - диод 12 - транзистор 8 - обмот;са 7. ripti этом, так как в мг.мент 4 запиран:ие трагзи-стора 10 задерживается относительно времени 3 отпирании тран;5истора 8, в дросселе 15 опять на1(апливаатся энер1ия, которая после запирания транзистора 10 рассеивается на транзчсто|ое 8 i-i д;;одах 14 и 16. О дно временно происходит (ро пси ро ванное запирг - ие выходного транзистора 1 мапрп ке1-1ие ; ia конде:-;сагоре5. так ;;.ак н пря;кеliSie на обмотке 6 практически равно м/лю псле/1,ствие того, что обмотка 7 закорочена, а козсЬфициент трансформации между оОмоткаки 7 и 6 больше единицы.

Таким образом введение дросселя 5 в цеп транзисторов управления 8 и 10 позволило создать к(5роткий иглпу.гц.с тока (рорсиро ванн, о го отпирания пыход|-к)го транзистора, что умены1 ает время включен.ня выходного транзистора, вг:пичину импульсной моидности на ко/ьчекторе вь;ходного транзистора и повышает эксллуатацио11ную надежность тр.шз стогм-шго ключа.

На ф,t. 2 приведен пример выполнения устройства управления с прим1знен:,-;е.м интегральной микросхег.-1ы 1114Г:УЗ и цепями

сог..асования, в которые входят резисторы 17 и 18 и разделительный конденсатор 19. Формула изобретен и я

1.Устройство управления тран.зисторным ключом, содерх(а1цее выходной транзистор, коллектор которого через первичную обмотку трансформатора тока соединен с первым выходным выводом,эмиттер соедине1 с первым ,дом вторичной обмотки трансформатора, а база через первый диод, lijyi-iTHpoванный первым конденсатором, соединена с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, первый вывод первой обмотки управления которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого соединен с первым входным выводом, а вход управления -с первым выходом блока управления,второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управления трансформатора тока, Еп-орая обмотка управления, первый и второй диоды, отличаюш, е е с я тем, что, с целью повышения надежности G работе путем снижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе выходного транзистора, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьм м д и о д о м м G л д у п е р в ы м и с и л о в ы м и выводами iiepBoro и второго транзисторов упоаг..лен;1я, первый диод включен параллельно первому резистору, второй диод между первым вход|- ым выводом.и пероь:м выводом второй обмотки управлег;ия трансформатора тока, второй вывод которого подключен к второму выводу первой обмотки управления, а четвертый диод включен между первым входным выводом и периым силовым выводом второго транзистора управления, управляюицлй вход которого подключен к второму зыходу блока управления, а второй силовой вывод - к второму входному выводу.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я -гем, что блок управ;1ения содер.мсит управляющиГ элемент, первый выходной выоод которого через второй конденсатор соединен с первым выходом блока управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод через второй резистор - с вторым выходом блока управле тя.

3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что выходной транзистор включен по схеме с общей базой, при этом точка соединения первого диода и первого конденсатора по,дключена к второму выходно.му выво,ду.

//Mfij

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники, автоматики, вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит три транзистора 1,8 и 12, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6, 7 и 16, пять диодов 4, ТО, 13, 15 и 17, резистор 9, конденсатор 5, дроссель 14, блок 11 управления. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.М00о^514Ь^^<у^/

V