Транзисторный ключ Советский патент 1993 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к промышленной автоматике, в частности к бесконтакт- ным переключающим устройствам с использованием полупроводниковых транзисторных .ключей. .

Известен транзисторный ключ, содержащий соединенные параллельно одноимёнными выводами транзисторы и введенные в эмиттерную цепь каждого из транзисторов балластные резисторы 1.

Недостатком этого транзисторного ключа являются большие потери мощности в балластных резисторах, сопротивление которых должно быть значительным для обеспечения необходимого выравнивания токов.

Известен транзисторный ключ, содержащий два подсоединенных параллельно к общей нагрузке силовых транзистора и симметрирующий трансформатор, обмотки которого соединены между собой последовательно-согласно и включены между эмиттерами транзисторов и общей шиной 2. Этот транзисторный ключ по технической сущности и решаемой задаче является наиболее близким к изобретению.

Его недостаток - низкая- надежность. Указанный недостаток обусловлен включением обмоток симметрирующего трансформатора, по которым проходит ток нагрузки транзисторов ключа, в база-эмиттерные цепи транзисторов. Последнее приводит при обрыве коллекторной цепи транзистора, во- первых, к искажению передних и задних фронтов импульсов тока на выходе транзи- сторного ключа за счет возникновения ЭДС самоиндукции- в обмотке трансформатора во время открывания и закрывания оставшегося транзистора и вследствие этого работы транзистора в активном режиме на части полупериода управляющих импульсов. Это ведет к резкому возрастанию потерь энергии в транзисторе, и снижению надежности ключа. Во-вторых, при указанной выше неисправности второй транзистор не может работать в ключевом режиме без включения дополнительных высокоом- ны х резисторов в цепь управления транзисторами. Иначе происходит шунтирование его база-эмиттерного перехода база-эмит- терным переходом отключенного транзистора, падение напряжения на база-эмитгерном переходе которого значительно меньше падения на база-эмиттер- ном переходе работающего транзистора.

Цель изобретения - повышение надежности транзисторного ключа.

Цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий два подсоединенных параллельно к общей нагрузке силовых транзистора и симметрирующий трансформатор с двумя первичными обмотками, сое- диненнымимежду собой

последовательно-согласно, введены две вторичные обмотки трансформатора, два дополнительных транзистора и четыре резистора, общая точка первичной обмотки подключена к нагрузке, одноименные выводы первичных и вторичных обмоток по отдельности подключены соответственно к коллекторам и базам силовых транзисторов, два других вывода вторичных обмоток через коллекторы и эмиттеры дополнительных

транзисторов подключены к эмиттерам силовых транзистороЁ, базы силовых и дополнительных транзисторов попарно через два последовательно включенных резистора соединены между собой, а общие точки каждои пары упомянутых резисторов подсоединены к выводам для подключения соответственно источника насыщающего и управляющего сигнала.

Отсутствие в патентной и технической

литературе сведений по выполнению заявляемого устройства в целях достижения описанного выше эффекта показывает новизну взаимосвязи между совокупностью его существенных признаков и положительным эффектом, что обеспечивает существенное отличие этого изобретения от всех известных устройств аналогичного назначения.

На чертеже представлена электриче- „ская схема предложенного устройства.

Устройство содержит силовые транзисторы 1 и 2, симметрирующий трансформатор 3, имеющий первичные обмотки 4, 5 и

вторичные обмотки 6, 7, дополнительные транзисторы 8 и 9, резисторы 10 - 13, входы 14 и 15 для подключения соответственно к источникам насыщающего и управляющего сигналов. Общая точка последовательно-согласно соединенных первичных обмоток 4 и 5 подключена к нагрузке. Начала первичной обмотки 4 и вторичной обмотки 6 подключены соответственно к коллектору и базе транзистора. 1, а концы первичной обмотки 5 и

вторичной обмотки 7 - к коллектору и базе транзистора 2, конец обмотки 6 и начало обмотки 7 подключены соответственно к коллекторам транзисторов 8 и 9, эмиттеры транзисторов 1, 2, 8 и 9 соединены между

собой и подключены к общей шине. Базы транзисторов 1 и 2 соединены между собой через последовательно включенные резисторы 10 и 11, а базы транзисторов 8 и 9 - через последовательно включенные резисторы 12 и 13, общей точки пар резисторов

10, 11 и 12, 13 подключены соответственно к входам 14 и 15.

Транзисторный ключ работает следующим образом,

На вход 15 подаются импульсы положи- 5 тельной полярности от широтно-имп ульсно- го модулятора, которые управляют работой дополнительных транзисторов 8 и 9. При наличии импульса на входе 15 транзисторы 8 и 9 открываются и шунтируют база-эмит- 10 терный переход силовых транзисторов 1 и 2, которые за счет этого находятся в отсечке. В нагрузке при этом тока нет. При отсутствии импульса на входе 15 транзисторы 8 и 9 закрываются, и по цепи управления сило- 15 вых транзисторов течет ток управления, который приводит силовые транзисторы в насыщение. По нагрузке течет ток через открытые транзисторы 1 и 2, причем токи в коллекторных цепях этих транзисторов вы- 20 равниваются за счет наличия первичных обмоток 4 и 5 симметрирующего трансформатора.

Если при подаче импульса на вход 15 один из силовых транзисторов, например 1, 25 закрывается раньше другого, то весь ток нагрузки в этот момент течет по открытому транзистору 2 через первичную обмотку 5 трансформатора 3. При этом на вторичных обмотках 6 и 7 наводится ЭДС самоиндук- 30 ции плюсом в начале и минусом в конце обмоток. ЭДС обмотки 6 практически вся приложена к закрытому транзистору 1: плюсом - к базе, а минусом - к эмиттеру и удерживает его в отсечке. Таким образом в 35 транзисторном ключе устранено рассогласование во времени закрывания силовых транзисторов.

При обрыве коллекторной цепи одного из силовых транзисторов, например транзи- 40 стора 1, транзисторный ключ работает следующим образом. При наличии импульса на входе 15 силовой транзистор 2 закрыт за счет шунтирования его база-эмиттерного перехода открытым транзистором 9, Ток в 45 нагрузке отсутствует. При отсутствии импульса на входе 15 транзисторы 8 и 9 закрыы. По база-змиттерным цепям ранзисторов 1 и 2 течет ток, и транзистор приоткрывается. Через первичную обмот- 50

ку 5 течет ток, и на вторичных обмотках 6 и 7 наводится ЭДС самоиндукции плюсом в начале и минусом в конце обмоток. Эта ЭДС практически вся приложена к закрытым кол- лектор-эмиттерным переходам транзисторов 8 и 9: ЭДС обмотки 6 - плюсом к эмиттеру и минусом к коллектору транзистора 8, а ЭДС обмотки 7 - плюсом к коллектору и минусом к эмиттеру транзистора 9. Под действием падения напряжения на закрытых транзисторах 8 и 9 база-эмиттёрный переход транзистора 1 закрывается, атран- зистор 2 полностью открывается и входит в насыщение. По нагрузке течет требуемый по величине ток.

Таким образом, предложенная схема транзисторного ключа позволяет значительно повысить надежность его работы.

Помимо использования по прямому назначению в схемах автоматики предложенный транзисторный ключ может найти применение та.кже в бесконтактных двигателях постоянного тока.

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий два подсоединенных параллельно к общей нагрузке силовых транзистора и симметрирующий трансформатор с двумя первичными обмотками, соединенными между собой последовательно согласно, отличающий- . с я тем, что, с целью повышения надежности, трансформатор снабжен двумя вторич- ными обмотками, введены два дополнительных транзистора и четыре резистора, общая точка первичных обмоток подключена к нагрузке, одноименные выводы первичных и вторичных обмоток по отдельности подключены соответственно к коллекторам и базам силовых транзисторов, два других вывода вторичных обмоток через коллекторы и эмиттеры дополнительных транзисторов подключены к эмиттерам си- ловых транзисторов, базы силовых и дополнительных транзисторов попарно через два последовательно включенных резистора соединены между собой, а общие точки каждой пары упомянутых резисторов подсоединены к выводам для подключения соответственно источника питания и управляющего сигнала.

Изобретение относится к бесконтактным переключающим устройствам с исполь- зованиемполупроводниковых транзисторов и предназначено для использования в ключевых схемах автоматики, а также может найти применение в схеме ком- мутаторов бесконтактных двигателей постоянного тока. Сущность изобретения: устройство содержит транзисторы 1, 2,8,9, резисторы 10, 11,12, 13, симметрирующий трансформатор 3 с четырьмя обмотками 4, 5, 6, 7, входы источника управляющего сигнала 15 и питания 14.1 ил.