Транзисторный ключ Советский патент 1993 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в ключевых усилителях мощности, силовых инверторах, преобразователях напряжения, работающих в условиях повышенного уровня электромагнитных и электростатических помех.

Целью изобретение является повышение быстродействия ключа при сохранении его помехоустойчивости.

На фиг.1 изображена схема транзисторного ключа; на фиг.2 - пример одной из его возможных схемотехнических реализаций.

Транзисторный ключ содержит (фиг.1) силовой транзистор 1, подключенный к выходным выводам 2 и 3 и выходу узла управления 4, содержащего цепи отпирания 5 И запирания 6 силового транзистора. Вход узла управления 4 связан с выходом компаратора 7, охваченного резистором 8 положительной обратной связи, ко входам компаратора подключены резисторы 9 и 10, точка соединения которых подключена к выходу источника опорного напряжения 11. между входами компаратора 7 встречно по отношению друг другу включены фотодиоды

оптопар 12 и 13, светодиоды которых подключены к управляющим входам 14 и 15.

Устройство работает следующим обра- зом,. . ; .. ;..-; ... ... ;.

На управляющие входы 14 и 15 в проти- вофазе относительно .друг друга подаются управляющие сигналы, соответственно в- противофазе работают и фотодиоды оптопар 12 и 13. Пусть активизирована оптопара .12. Фототек ее освещенного фотодиода протекает по цепи резисторов 9 и .1.0 и создает на них падение напряжения, прикладывающееся к входам компаратора 7 и имеющее полярность, обуславливающую, например, неактивное состояние его выхода. При этом цепь отпирания 5 узла управления 4 не подает отпирающий ток в базу транзистора 1, а цепь запирания 6 обеспечивает нулевое или отрицательное (в зависимости от выбранной стратегии управления) смещение его базы. Таким образом, транзистор 1 за- перт.

При. смене комбинации управляющих Сигналов на входах 14 и 15 на противопо- ложну активизируется оптопара 13. Фото{/)

ток ее освещенного фотодиода создает теперь между входами компаратора 7 напряжение, имеющее полярность, обратную предыдущей, что вызывает переключение компаратора в активное состояние его выхода. При этом цепь запирания 6 узла управления 4 снимает запирающее смещение с базы транзистора 1, а цепь отпирания 5 обеспечивает протекание его прямого базового тока. Транзистор 1,-таким образом, отпирается и удерживается в этом состоянии до смены комбинации управляющих сигналов на входах 14 и 15. Далее процессы в схеме повторяются.

Положительная обратная связь, создаваемая резистором 8, обеспечивает четкое переключение компаратора.

Источник опорного напряжения 11 совместно с резисторами 9 и 10, подавая на входы компаратора 7 синфазные напряжения, обеспечивает дифференциальный режим его работы, повышая тем самым помехоустойчивость устройства. Действительно, любая электромагнитная или электростатическая (емкостная) помеха, благодаря подобному включению резисторов и источника будет присутствовать одновременно на обоих входах компаратора, имея одинаковые амплитуду и фазу. Таким образом, ложное несанкционированное переключение компаратора предотвращается. Повышению помехоустойчивбсти транзисторного ключа способствует также и практически двойной размах напряжения между входами компаратора, обусловленный встречным включением фотодиодов оп- топар 12 и 13.v

Использование оптопар 12 и 13 в режиме генераторов фотоЭДС повзоляет достичь практически предельного быстродействия устройства.

В качестве силового транзистора 1 могут использоваться транзисторы практически любых типов - биполярные обоих типов проводимости, МОП- и СИТ-транзисторы, на комбинации, параллельное соединение приборов, составные транзисторы.

В случае применения транзисторного ключа в маломощных устройствах при обеспечении необходимой мощности управления возможно подключение управляющего вывода транзистора 1 непосредственно к выходу компаратора 7. В этом случае роль цепей отпирания 5 и запирания б будут играть выходные каскады компаратора.

В ряде случаев входное сопротивление узла управления 4 бывает настолько низко, что становится практически невозможным организовать положительную обратную связь между входом и выходом компаратора. В этом случае целесообразна организация более глубокой положительной обратной связи - включение резистора 8 между входом компаратора 7 и одной из внутренних точек цепи запирания 6 через дополнительный вывод.

На фиг.2 в качестве примера практической реализации транзисторного ключа представлен именно этот случай. С точки

0 зрения помехоустойчивости, благодаря более глубокой положительной обратной связи, данная схема более предпочтительна, чем схема на фиг. 1. В качестве источника опорного напряжения здесь использован

5 резистивный делитель напряжения, включенный между шинами вспомогательного источника питания, наличие которого в схеме в общем случае не обязательно.

Узел управления может быть выполнен

0 по различным схемам, в том числе, например, аналогично схемам, приведенным в 1 и 2 и на фиг.2. Могут быть и другие решения. Например, в качестве цепи запирания в ряде случаев может использоваться про5 сто резистор, включенный между базой и эмиттером силового транзистора. В этой связи авторы умышленно не привязали выводы питания узла управления к конкретному источнику питания.

0 в качестве оптопар 12 и 13 могут быть использованы, например, диодные оптопа- ры типа 3 ОД 129, а в качестве компаратора 7 - микросхема 521САЗ, имеющая выход типа открытый коллектор.

5 При двуполярном вспомогательном источнике питания, наличие которого в общем случае необязательно, в качестве источника опорного напряжения может быть использована общая шина схемы, к которой через

0 резисторы 9 и 10 подключаются входы компаратора 7, выводы питания которого при этом подключены к шинам указанного вспомогательного источника.

Таки образом, благодаря введению па5 рафазного управления ключом, использованию оптопар в режиме генераторов фотоЭДС, а также обеспечению дифференциального режима работы компаратора 1 транзисторный ключ приобретает повышен0 ную помехоустойчивость, особенно к емкостным помехам, характерным для высоковольтных быстродействующих преобразователей, имея при этом практически максимальное быстродействие канала уп5 равления.

Формула изобретения 1. Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, силовы.е выводы которого подключены соответственно к первому и второму выходным выводам, а управляющий вывод соединен с выходом узла управления, который содержит цепь отпирания и цепь запирания силового транзистора, компаратор с резистором положительной обратной связи, который включен между его входом и выходом, который соединен с входом узла управления, две оптопары, свето- диод первой из которых подключен к первому управляющему входу, и источник опорного напряжения, один из силовых выводов силового транзистора подключен так: же к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении помехоустойчивости, в него

0

введены два резистора, а в качестве фотоприемника оптопар используются фотодиоды, причем источник опорного напряжения через введенные резисторы подключены к входам компаратора, к которым встречно по отношению друг к другу подключены также фотодиоды оптопар, светодиод втором оптопары подключен к второму управляющему входу.

2. Ключ по п.1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что общая точка введенных резисторов подключена к общей шине, использующейся в качестве источника опорного напряжения.

Использование: изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях мощности, силовых, инверторах, преобразователях напряжения, работающих в условиях повышенного уровня электромагнитных и электростатических помех. Сущность изобретения: устройство содержит.силовой транзистор, узел управления силовым транзистором, компаратор с резистором обратной связи, два резистора, две оптопары, источник опорного .напряжения, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.