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 входным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а базе соединена через диод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу транзистора управления, второй силовой вывод когорого подсоединен к первому входному выноду, а управляющий вход к выходу блока уг1равления.

Недостатком известного устройства ЯF ляется 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, протекающем/ через токоограничивающий резистор п 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 соединен через первич1,у:-о обмотку трансформатора тока с первым ьыходным выводом, эмиттер подключен к второгчу Е;Ыходному выводу, а база соединена через диод, щунтнрованный конденсаторсм, с вторичной обмоткой трансформатора ток, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого подключен к перэому входному выводу, а управляющий вход к блока управления, второй трйнзистор управления, резистор, включенный между вторым входным выводом и вторь м выводом обмотки управления трансформатора тока.

Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная нздежность транзисторного ключа вследствие выделения большой импульсной мощности на коллекторном переходе при включении

выходного транзистора. Это обусловлено тем, что включение выходного транзистора происходит 33 счет энергии, накопленной в обмотке упра 5ления трансформатора тока в

период закрытого состояния выходного транзистора. Величина этой энергии проЛорциональнз току намагничивания обмотки управления, который не может быть сделан достаточно большим, так какограничен индуктивностью этой обмотки. Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления транзисторным ключом, содержащий выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму в 1лод11ому выводу, базо-эмиттер1-1ЫЙ 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

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

трансформатора тока, соединен11ым через первый диод с первым входным выводом, второй диод.

Недостатки прототипа заключаются в низкой эксг1;1уатацмонной надежности

транзисторного ключу вследствие выделе 1иг, зиачительмой импульсной мош ности на коллекторном переходе в момент включения выходного трэ 1зистора. Это обусловлено тем, что включение выходного

т|)анзистора происходит за счет энергии, накопленной о обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора. Величина этой энергии пропорциональна току намагничиванил обмотки управления, который не может быть сделан, достаточно большим, так как ограничен большой индуктивностью этой обмотки.

Цель изобретения - повышение эксп,луатационной надежности транзисторного 1СЛ10ЧЗ путем снижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора, Поставлонная цель достигается тем, что

устройство управления транзисторным KfiiG40F/r, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичну.о обметку трансформатора тока с первым выходн ым выводом, эмиттер подключен к атерому выходному выводу, а база соединена через диод, шунтированный конденсатором, с базовой 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 управляющий вход к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления трансформатора тока, соединенным с первым входным выводом через первый диод, второй диод дополнительно содержит третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а управляющий вход - к второму выходу блока управления, при этом второй диод подключен параллельно первому резистору, а четвертый диод включен между первым силовым выводом и первым силовым выводом второго транзистора управления. 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 управляЮщим входом первого транзистора управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с управляющим входом второго транзистора управления.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства управления транзисторным ключом; на фиг. 2 - пример выполнения блока управления; на фиг. 3 - диаграммы 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, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а база соединена через диод 4, шунтированный конденсатором 5, с базовой обмоткой б трансформатора 3 тока, первый вывод обмотки 7 управления которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора 8 управления, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока 9 управления, второй транзистор 10 управления, первый резистор 11, включенный между вторым входным выводом и BTOpbiM выводом обмотки 7 управления, соединенной через первый диод 12, второй диод 13, а также третийдиод 14,дроссель 15, четвертый диод

5 16.

Кроме того, при применении в качестве блока управления микросхемы с двумя синфазно синхронно переключающимися выходными транзисторами (например,

0 1114ЕУЗ) устройство управления транзисторным ключом может дополнительно содержать второй 17 и третий 18 резисторы и разделительный конденсатор 19.

Устройство работает следующим обра5 зом.

Блок 9 управления вырабатывает, например, последовательность прямоугольных импульсов (22 и 23 фиг. 3), которые поступают на управляющие входы транзи0 сторовЗи 10 управления. Пусть в некоторый момент времени to открыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10. При этом по обмотке

7управления протекает ток, величина которого ограничена резистором 11, и сердечник трансформатора тока 3 перемагничивается после предыдущего такта работы. На коллекторе транзистора 8 низкое напрямчбние (24 фиг. 3), а выходной транзистор 1 заперт, так как на его управляющем входе - запирающее напряжение с обмотки б транс орматора 3 тока (25 фиг. 3).

8момент времени ti с выходов блока 9 управления приходят импульсы, запирающие транзистор 8 и отпирающие транзистор

5 10. Вследствие инерционности процесса выключения транзисторов напряжения на коллекторе транзистора 10 увеличивается практически без задержки (26 фиг. 3), а напряжение на коллекторе транзистора 8 (24

0 фиг. 3) сохраняется низким на время выключения транзистора8. 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

0 момент 12 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

5 дроссель 15, после запирания транзистора 8, начинает циркулировать по контуру: дрос: сель 15 - управляющая обмотка 7 - диод 13 - транзистор 10 - диод 14 - дроссель 15. Этот ток трансформируется в базовую обмотку 6 трансформатора 3 тока, 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 тока 3, при этом ток в 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 тока 3 по контуру: обмотка 7 - диод 12 - транзистор 8 - обмотка 7. При этом, так как в момент t4 запирание транзистора 10 задерживается относительно времени отпирания t3 транзистора 8, D 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 б практически равно нулю вследствие того, что обмотка 7 закорочена, а коэффициент трансформации между обмотками 7 и б больше единицы.

Таким образом введение дросселя 15 в цепьтранзисторов управления 8 и 10 позволило создать короткий импульс тока форсированного отпирания выходного транзистора, что уменьшает время включения выходного транзистора, снижает 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 и цепями согласования, в которые входят резисторы 17 и 18 и разделительный конденсатор 19.

Формула изобретения

1.Устройство управления транзистор ным ключом, содержащее выходной транзи стор, коллектор которого через первичную

сбмотку трансформатора тока соединен с: первым выходным выводом, эмиттер соеди нен с вторым входным выводом, а базоэмиттерный переход через первый диод. шунтированный первым конденсатором, со

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

подключен к первому входному выводу, а управляющий вход к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления тpat cфopмaтopa тока, соединенным с первым входным выводом через первый диод, второй диод, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе путем снижения велич лны 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, второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а управляющий вход- к второму выходу блока упрагзлени5. при этом второй диод гюдключен параллельно первому резистору, а четвертый диод включен между первым силопым выводом второго транзистора управления и первым входным выводом.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е 8с я тем, что блок управления содержит управляющий элемент, первый выходной вывод которого соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй гзь ходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с вторым пьгходом блока управления.

lfyз

Использование: 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, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6 и 7, пять диодов 4, 11, 12, 14 и 16, резистор 11. конденсатор 5, дроссель 15, блок 9 управления. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.слсS оМ \о

Фиг. 2

Hh-

Ж I t

|t.|f,Uj , I 1