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

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

Известно 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, а база соединена через диод шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу транзистора угтравления, второй силовой вывод Koic;poro 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 в 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 выходной транзистор, коллектор которого со-единен через первичную об м о т к у трансформатора тока с г ериым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а база соединена чепез диод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления когорой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого подключен к первому входному выводу, а управляющЛй вход к выходу блока управления, второй т|5знзистор управления, резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления трансформатора тока.

Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надежность транзисторного ключа вследг.твие выделения болыиой импульсной мо1цности на коллекторном переходе при включении

аыходного 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 намагничивания обмотки управления, который не может быть - сделан достаточно больш им, так как ограни0 чен индуктивностью этой обмотки.

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

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

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

5 входному выводу, управляющий вход - к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления

0 трансформатора тока, соединенным через первый диод с первым входным выводом, ВТО рой диод.

Недостатки прототипа заключаются в низкой эсплуатационной надежности транзисторного ключа вследствие выделения значительной импульсной мощности на коллекторном переходе в момент включения выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного транзистора

0 происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора. Величина этой энергии про шрциональна току намагничивания обмот5 ки управления, который не может быть сделан достаточно большим, так как ограничен большой индуктивностью этой обмотки. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности транзисторного

0 ключа путем снижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления транзисторным

5 ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а базо-эмиттерный переход присоединен к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод первой

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, второй резистор и- конденсатор, содержит также третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, при этом первый диод включен между вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управления трансформатора тока, объединенным с первым выводом второй обмотки управления, второй вывод которой соединен через второй диод с точкой соединения второго резистора, и конденсатора, включенных последовательно соответственно между вторым и первым входными выводами, кроме того, четвертый диод включен между вторым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управления, второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а вход управления - к второму выходу блока управления.

Причем 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 схема электричеекая 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 с первым выходным выводом через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока, вторичная обмотка 4 которого присоединена к базо-эмиттерному переходу выходного транзистора 1, первая обмотка 5 управления трансформатора 3 тока включена между первым резистором 6, шунтированным первым диодом 7, и первым силовым выводом первого транзистора 8 управления, блок 9 управления, второй транзистор 10 управления, вторая обмотка управления 11 трансформатора тока 3 соединена через второй диод 12 с последовательной цепью из второго резистора 13 и конденсатора 14. При этом к силовым выводам первого 8 и второго 10 транзисторов управления подключены дроссель 15, третий диод 16 и четвертый диод 17.

Кроме того, блок управления может быть выполнен на управляющем элементе (например, микросхеме 1114ЕУЗ 1114ЕУ4), выходные выводы которого соединены с выходами блока управления через резисторы 18, 19 и конденсатор 20. Одновременно выходной транзистор 1 может быть включен по схеме с общей базой.

Устройство работает следующим образом.

Блок 9 управления вырабатывает, например, последовательность прямоугольных импульсов (22, 23 фиг. 3), которые поступают на управляющие входы транзисторов 8 и 10 управления. Пусть в некоторый момент времени открыт транзистор 8 и ззкрыт транзистор 10. При этом по обмотке 7 управления протекаетток, величина которого ограничена резистором 11, и сердечник трансформатора 3 тока перемагничивается после предыдущего такта работы. На коллекторе транзистора 8 - низкое напряжение (24 фиг. 3), а выходной транзистор 1 заперт, так как на его управляющем входе 1 - запирающее напряжение с обмотки 6 трансформатора 3 тока (25 фиг. 3). В момент времени 1 с выходов блока 9 управления приходят импульсы, запирающие 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 фиг. 3) до тех пор, пока не закончится период рассасывания неосновных носителей 6 базовой области транзистора 8 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 запирания 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 диод 4 поступает в базовую область выходного транзистора 1 и он отпирается. После того, как дроссель 15 полностью отдаст накопленную энергию,диод 14 запирается и отделяет 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 о базе транзистора 1 (28 фиг. 3) будет пропорционален току в его коллекторе (29 фиг. 3).

После изменения напряжения на выходах блока 9 управления отпирается транзистор 8 и шунтирует управляющую обмотку 7 трансформатора 3 тока по контуру: обмотка 7 - диод 12 - транзистор 8 - обмотка 7. При этом,так как в момент 4 запирание транзистора 10 задерживается относительно времени 3 отпирания транзистора 8, в дросселе 15 опять накапливается энергия, которая после запирания транзистора 10 рассеивается на транзисторе 8 и диодах 14 и 16. Одновременно происходит форсированное запирание выходного транзистора 1 напряжением на конденсаторе 5, так как напряжение на обмотке 6 практически равно )уп,ю вследствие того, что обмотка 7 закорочена, а коэффициент трансформации обмотками 7 и 6 больше единицы.

Таким образом введение дросселл 15 в цепь транзисторов 8 и 10 управления гюзоолило создать короткий импульс тока форсированного отпира |ия выходного транзистора, что уменьшает время включения выходного транзистора. сни)(ает величину импульсной мощности на коллекторе выходного транзистора и повышает эксплуатационную надежность транзисторного ключа.

На фиг. 2 приведен пример выполнения устройства управления с применением интегральной микросхемы 1114ЕУЗ н цепями согласования, в которые входят резисторы 17 и 18 и разделительный конденсатор 19.

Формула изобретения 1. Устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через

первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а базо-эмиттерный переход присоединен к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод первой 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 втopы i выводом первой обмотки управления трансформатора тока, вторая обмотка управления, первый и второй диоды, второй резистор и конденсатор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе путем снижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе выходного транзистора,

введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, первый диод включен между

вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управления трансформатора тока, обьединенным с первым BbiBOAOM второй обмотки управления, второй вывод которой соединен через второй

диод с точкой соединения второго резистора и конденсатора, включенных последовательно между первым и вторым входными выводами, четвертый диод включен между первым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управления, второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а вход управления - к второму выходу блока управления.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок управления содержит управляющий элемент, первый выходной вывод которого соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управления, соединенным через третий резистор с вторым Е1ХОДНЫМ выводом, а второй выходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с вторым выходом блока управления.

3. Устройство по п. 1,отличаю щ е ес я тем, что выходной транзистор включен по схеме с общей базой, которая соединено с вторым выходным выводом.

//MfiJ

В

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 10, два резистора 6 и 13, четыре диода 7, 12.16 и 17. трансформатор 3 тока с обмотками 2. 4, 5 и 11, конденсатор 14. дроссель 15, блок 9 управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.VI00оы1СЛ!>&

20