Транзисторный ключ с защитой от перегрузки Советский патент 1992 года по МПК H03K17/60 

-ff/fC/77.

напр.

П

сл

с

/7

SJ

tOO

О ч

Г5

00

Устройство отиоситсл к электронной технике, а конкретно к области коммутзционной техники, может быть использоиано, например, при построении блоков питания электронной аппаратуры.

Известен транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий транзистор, первый и второй управляющие транзисторь и два резистора. Эмиттер коммутирующего транзистора непосредственно, а коллектор первого управляющего транзистора через первый резистор подключены к входной шине ключа. Эмиттер первого управляющего транзистора, база которого через второй резистор соединена с управляющей щиной, и коллектор коммутирующего транзистора объединены и подключены к выходной шине ключа 1.

К недостаткам известного ключа слсздует отнести низкую надежность функционирования, обусловленную жестким режимом работы коммутирующего транзистора в режиме перегрузки.

Известен транзисторный ключ с защитой от перегрузки. содержаа1ий транзистор, первый и второй управляющие транзисторы и два резистора, причем змиттер коммутирующего транзистора непосредстве}|но, а коллектор первого управляющего транзистора через первый резистор подключены к входной шине ключа, эмиттер первого управляющего транзистора, база которого через второй резистор соединена с управляющей шиной, и коллектор коммутирующего транзистора объединены и подключены к выходной шине ключа, а та;;же диод и четыре дополнительнь х резистора, причем база второго управляюи его транзистора, эмиттер которого через первый дополнителъный резистор, а коллектор через второй дополнительный резистор соединены с общей шиной и базой коммутируюидего транзистора соответственно, через диол соединена с управляю111,ей uJинoй. а через гретий дополнительный резистор - с выходной шиной ключа база коммутирующего транзистора через четвертый дополнительный резистор соединена с входной шиной ключа 2.

Недостатком известного ключа является повышенное потребление мощности при перегрузке в результате рассеивания мощности на резисторе в цепи первого управляющего транзистора.

Цель изобретения - повышение КПД ключа в режиме перегрузки.

Цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержаи1ий коммутирующий транзистор, первый и второй управляющие транзисторы, диод и шесть резисторов гфичем эмиттер коммутирующего транзистора непосредственно, а коллектор первого управляющего транзистора через первый резистор подключены к входной шине ключа,

эмиттер первого управляющего транзистора, база которого через второй резистор соединена с управляющей шиной, и коллектор коммутирующего транзистора объединены и подключены к входной шине ключа, база

0 второго управляющего транзистора, эмиттер которого через третий резистор, а коллектор через четвертый соединены с общей шиной и базой коммутирующего транзистора соответственно, через диод соединена с

5 управляющей шиной, а через пятый резиCTOD - с выходной шиной ключа, база коммутирующего транзистора через шестой резистор соединена с выходной шиной ключа, введены логический элемент 211-НЕ,

0 два дополнителыных резистора, конденсатор и ключевой элемент, при этом первый вход логического элемента 21/1-НЕ через первый дополнительный резистор соединен с катодом диода и первым выводом конден5 сатора, второй вывод которого подключен к общей шине, второй вход логического элемента соединен с коллектором второго управляющего транзистора, а выход через дополнительный резистор соединен с уп0 раиляющим входом ключевого эл.емента, оклю ;енного в разрыв цепи между вторым выводом первого резистора и коллектором первого управляющего транзистора.

На чертеже приведена принципиальная

5 электрическая-схема транзисторного ключа. Ключ содержит коммутирующий транзистор 1, первый 2 и второй 3 управляющие транзисторы, первый 4, второй 5 резисторы, диод и, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10 резисторы, входную шину 11, выходную шину 12, управляющую шину 13, первый дополнительный резистор 14, конденсатор 15, логический элемент 2И-НЕ 16, второй дополнительный резистор 17, ключе5 вой элемент 18,

Входная шина 11 соединена с первыми выводами резисторов 4 и 10 и эмиттером транзистора 1, бяза которого соединена с вторым выводом резистора 10 и вторым выводом резистора 8. Первый вывод последнего подключен к второму входу логического элемента 2И-НЕ 16 и коллектору транзистора 3, эмиттер которого подключен к второму выводу резистора 7. Первый вывод резистора 7 соединен с общей щиной, с которой соединены также отрицательный полюс источника питания, общий выход источника управляющего сигнала, первый вывод нагрузки, первый вывод конденсатора 15, Второй вывод конденсаторз 15 соединен с

первым входом логического элемента 2ИНЕ и с вторым выводом резистора 14, первый вывод которого подключен к управляющей шине, первому выводу резистора 5, катоду диода 6. Анод диода б соединен с базой транзистора 3 и с первым выводом резистора 9, второй вывод которого соединен с коллектором транзистора 1, выходной шиной 12 и с эмиттером транзистора 2. Коллектор последнего соединен с выходом ключевого элемента 18, вход которого соединен с вторым выводом резистора 4, а управляющий вход - с вторым выводом резистора 17. Первый вывод резистора 17 подключен к выходу логического элемента 2И-НЕ 16. Второй вывод резистора 5 соединен с базой транзистора 2. Ключевой элемент 18 реализован по известной схеме,

Ключ работает следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. при подаче нулевого относительно общей шины напряжения на управляющую шину 13, транзисторы 2 и 3 закрыты. Следовательно, коммутирующий транзистор 1 также закрыт, и на выходную шину 12 напряжение не поступает, на первом входе логического элемента 2И-НЕ 16 присутствует нулевой потенциал, на втором входе-потенциал высокого уровня, а на выходе - потенциал высокого уровня, который является открывающим для ключевого элемента 18 и через резистор 17 поступает на его управляющий вход.

Рассмотрим работу ключа при отсутствии перегрузки по току. При поступлении положительного сигнала на управляющую шину 13 на первом входе логического элемента2И-НЕ 16сохраняется нулевой потенциал в течение времени, определяемого параметрами RC-цепочки, состоящей из резистора 14 и конденсатора 15, на втором входе логического элемента 2И-НЕ 16 сохраняется потенциал высокого уровня. Таким образом, в момент включения ключа на выходе логического элемента 2И-НЕ 16 присутствует потенциал высокого уровня, который является открывающим для ключевого элемента 18, транзистор 2 открывается и в нагрузку начинает протекать ток по цепи: входная шина 11, резистор 4, вход-выход ключевого элемента 18, коллекторно-эмиттерный переход транзистора 2. выходная шина 12. Напряжение на нагрузке возрастает и через резистор 9 поступает на базу транзистора 3, открывая его. При этом коммутирующий транзистор 1 открывается, шунтируя цепь, содержащую резистор 4, ключевой элемент 18 и транзистор 2. Напряжение на нагрузке еще более возрастает, что приводит к дальнейшему открыванию

транзисторов 3 и 1. Через открытый транзистор 1 напряжение с входной шины 11 полностью поступает на выходную шину 12 ключа.

5При возникновении перегрузки по току

ключ работает следующим образом. В этом случае напряжение на выходной шине 12 ключа уменьшается. Следовательно, уменьшается определяемый этим напряжением

0 базовый ток транзистора 3. Запирание транзистора 3 ведет к запиранию транзистора 1 и дальнейшему уменьшению напряжения навыходной шине 12. Коммутирующий транзистор 1 полностью

5 запирается, в результате чего на втором входе логического элемента 2И-НЕ 16 появляется потенциал высокого уровня. На первом входе логического элемента 2И-НЕ 16 изменений не происходит - сохраняется потенциал высокого уровня, так как на управляющей шине 13 присутствует положительный сигнал. Следовательно, на выходе логического элемента 2И-НЕ 16 появляется потенциал низкого уровня, кото5 ры-й является запирающим для ключевого элемента 18, последний запирается и разрывает цепь протекания тока через резистор 4 и открытый транзистор 2. Ток перегрузки ограничивается до минимума,

0 определяемого в основном током утечки коммутирующего транзистора 1. После устранения перегрузки необходимо кратковременно на время, определяемое параметрами RC-цепочки, снять управляю5 щий сигнал и повторно подать его.

Таким образом, введенный в цепь первого управляющего транзистора ключевой элемент, а также введенные логический элемент 2И-НЕ, два дополнительных резистора

0 и конденсатор для его управления позволяют повысить КПД ключа в режиме перегрузки на 80%.

Формула изобретения Транзисторный ключ с защитой от перегрузки, содержащий коммутирующий транзистор, первый и второй управляющие транзисторы, диод и шесть резисторов, эмиттер коммутирующего транзистора непосредственно, а коллектор первого управляющего транзистора через первый резистор подключены к входной шине устройства, эмиттер первого управляющего транзистора, база которого через второй резистор соединена с управляющей шиной, и

5 коллектор коммутирующего транзистора объединены и подключены к выходной шине устройства, база второго управляющего транзистора, эмиттер которого через третий резистор, а коллектор через четвертый резистор соединен с общей шиной и базой ком7 17801788

мутирующего транзистора соответстЕзенно,единен с катодом диода и первым выводом через диод соединена с управляющей ши-конденсатора, второй вывод которого подной, а через пятый резистор - с выходнойключен к общей шине, второй вход логичешиной, база коммутирующего транзистораСКОРО элемента соединен с коллектором через шестой резистор соединена с входной5 второго управляющего транзистора, а вышиной устройства, отличающийся тем,ход через второй дополнительный резистор что, с целью повышения КПД, введены логи-соединен с управляющим входом ключевого ческий элемент 2И-НЕ, два дополнитель-элемента, вход которого подключен к второных резистора, конденсатор и ключевойму выводу первого резистора, а выход - к элемент, первый вход логического элемента10 коллектору первого управляющего транзичерез первый дополнительный резистор со-стора.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано, например, при построении блоков питания элект- ронной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит транзисторы 1, 2, 3, резисторы 4, 5, 1, 8, 9, 10, 14, 17, диод 6, конденсатор 15, элемент 2 И-НЕ 16, ключевой элемент 18, входную шину 11, выходную шину 12, управляющую щину 13. 1 ил.