Транзисторный ключ Советский патент 1993 года по МПК H03K17/60 

Предложение относится к импульсной технике и может найти применение в импульсных модуляторах передающих устройств, а также в преобразователях постоянного напряжения в постоянное.

Целью предложения является устранение отмеченного недостатка, а именно повышение надежности.

Транзисторный ключ аналогично прототипу содержит силовой 1 и первый 2 управляющие транзисторы типа n-p-п, источник 3 управляющего напряжения, параллельную РС-цепочку4. первый диод 5, конденсатор 6 и первый резистор 7. Имеются также первый 8 и второй 9 силовые выводы, первая 10 и вторая 11 шины источника 3 управляющего напряжения.

В отличие QT прототипа в транзисторный ключ введены датчик 12 тока, а также дополнительные второй управляющий транзистор 13 типа p-n-р, второй диод 14, третий диод 15, вторая параллельная НС-цепочка 16, второй 17 и третий 18 резисторы.

При этом аналогично прототипу коллектор силового транзистора 1 соединен непосредственно с первым силовым выводом 8 ключа и через конденсатор 6 соединен с

базой первого управляющего транзистора 2 и с катодом первого диода 5. Последний через первый резистор 7 соединен с эмиттером транзистора 2 и с анодом первого диода 5. Первая шина 10 источника 3 управляющего напряжения соединена через первую параллельную RC-цепочку 4 с базой силового транзистора 1.

В отличие от прототипа эмиттер силового транзистора 1 соединен непосредственно с эмиттером второго управляющего транзистора 13 и через датчик 12 тока подключен ко второму силовому выводу 9 ключа и к катоду второго диода 14. К последнему через второй резистор 17 подключены анод второго диода 14 и база второго управляющего транзистора 13. Его коллектор соединен непосредственно со второй шиной 11 источника 3 управляющего напряжения и через вторую параллельную RC-цепочку 16 подключен к эмиттеру силового транзистора 1. База второго управляющего транзистора 13 соединена непосредственно с катодом третьего диода 15 и через третий резистор 18 подключена к соединенным между собой анодом первого 5 и третьего 15 диодов. Коллектор первого управляющего

ел

XJ о

00

ю

«я

транзистора 2 подключен к первой шине 10 источника 3 управляющего напряжения. Этот источник имеет конечнре внутреннее сопротивление 19. База транзистора 1 за- шунтирована резистором 20.

Предлагаемый транзисторный ключ (фиг.1) работает следующим образом..В исходном состоянии управляющее напряжение Еупр на шинах 10, 11 источника 3 равно нулю. Транзистор 1 заперт. Между коллектором и эмиттером силового транзистора при этом существует напряжение, поступающее из цепи внешней нагрузки ключа. Конденсатор 6 заражается по цепи: первый силовой вывод 8 - база-эмиттерный переход транзистора 2, зашунтированный резистором 7 - диод 15, зашунтированный резистором 18 - диод 14 - второй силовой вывод 9. Диод 5 при этом заперт. На базе транзистора 13 типа p-n-р в этих условиях создается положительный перепад напряжения, обеспечивающий надежное запирание этого транзистора, а на базе транзистора 2 типа п-р-п - тоже положительный перепад напряжения, обеспечивающий отпирание этого транзистора. Соответственно, транзистор 1 удерживается в запертом состоянии. Величина:запирающего напряжения на базе транзистора 13 ограничивается с помощью диода 14. После окончания процесса заряда конденсатора 6 ток заряда прекращается и транзистор 2 запирается. Ток заряда ограничивается сопротивлением внешней нагрузки ключа.

При появлении на шинах 10, 11 управляющего напряжения. Еупр от выхода источника 3 происходит отпирание транзистора 1; оно происходит (аналогично прототипу) форсированно, благодаря наличию РС-це-: почек 4 и 16. При этом через транзистор 1, внешнюю нагрузку и датчик 12 тока начинает протекать ток нагрузки 1Н. На сопротивлении датчика 12 образуется падение напряжения Ei2, величина которого пропорциональна току нагрузки н. Напряжение Е12, имеющее отрицательную полярность, прикладывается через диод 14 к базе транзистора 13 типа p-n-р. Этот транзистор от пирается ив большей или меньшей мере шунтирует параллельную RC-цепочку 16. В результате ток базы силового транзистора 1 оказывается пропорциональным току нагрузки 1ц, чем и обеспечивается пропорционально токовое устройство. Как следствие, автоматически обеспечивается постоянство режима насыщения транзистора 1 в расширенном диапазоне величин тока нагрузки. Пропорционально-токовое управление силовым транзистором 1 обеспечивается в широкой полосе частот, в том числе и при

работе ключа на постоянном токе. Верхняя граница частотного диапазона определяется частотными свойствами транзисторов ключа.

5Конденсатор в RC-цепочке 4 в результате протекания тока базы транзистора 1 заряжается до некоторого напряжения Е порядка единиц вольт с полярностью, показанной на фйг.1. Конденсатор 6 при насы0 щении транзистора 1 начинает разряжаться по цепи: левая обкладка конденсатора 6 - транзистор 1 - база-эмиттерный переход транзистора 13 типа p-n-р - резистор 18 - диод 5 - правая обкладка конденса5 тора 6. Транзистор 13 типа p-n-р при этом удерживается в открытом, а транзистор 2 типа п-р-п - в запертом состоянии, запирающее напряжение на базе транзистора 2 ограничивается с помощью диода 5,

0 Диод 15 при этом заперт, а ток разряда конденсатора 6 ограничивается резистором 18,;

При прекращении подачи управляющего напряжения Еупр на шины 10, 11 транзи5 стор 1 начинает запираться, ток нагрузки начинает уменьшаться, благодаря чему транзистор 13 начинает запираться. Напряжение на коллекторе транзистора 1 начинает возрастать. Но скорость его нарастания

0 ограничивается, как и в прототипе, процессом заряда конденсатора 6. Как было описано выше, при этом отпирается транзистор 2, а транзистор 13 запирается. К базе транзистора 1 через открытые транзистор 2 и диод

5 14 прикладывается отрицательное напряжение Е4 от RC-цепочки 4. Этим, в отличие от прототипа, достигается форсированное запирание силового транзистора при обращении управляющего напряжения Еупр в

0 нуль.

Итак, положительный технический эф фект от использования предлагаемого транзисторного ключа состоит в обеспечении пропорционально-тактового управле5 н.ия силовым транзистором, что позволяет автоматически поддерживать режим насыщения в расширенном диапазоне величин тока нагрузки и в широкой полосе частот вплоть до постоянного Тока (в частности, в

0 пусковых режимах при большой кратности этого тока). Как следствие уменьшается вероятность вторичного пробоя силового

. транзистора и тем повышается надежность.

5 Кроме того, обеспечивается форсированное запирание силового транзистора при отключении управляющего напряжения, что также уменьшает вероятность вторичного пробоя и способствует повышению надежности.:

Формула.изобретения Транзисторный ключ, содержащий силовой и управляющий транзисторы типа п- р-п, источник управляющего напряжения, первую параллельную RC-цепочку, первый диод, конденсатор и первый резистор, коллектор силового транзистора соединен непосредственно с первым силовым выводом ключа и через конденсатор соединен с базой первого управляющего транзистора и с катодом первого диода, который через первый резистор соединен с эмиттером первого управляющего транзистора и с анодом первого диода, а первая шина источника управляющего напряжения соединена через параллельную RC-цепочку с базой силового транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены датчик тока, второй управляющий трано

зистор типа p-n-р, второй и третий диоды, вторая параллельная RC-цепочка, второй и третий резисторы, эмиттер силового транзистора соединен непосредственно с эмиттером второго управляющего транзистора и через датчик тока подключен к второму силовому выводу ключа и к катоду второго диода, к которому через второй резистор подключены анод второго диода и база второго управляющего транзистора, коллектор которого соединен непосредственно с второй шиной источника управляющего напряжения и через вторую параллельную RC-цепочку подключен к эмиттеру силового

транзистора, база второго управляющего транзистора соединена непосредственно с катодом третьего диода и через третий резистор подключена к соединенным между собой анодам первого и третьего диодов.

Использование - изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных модуляторах передающих устройств, а также и преобразователях постоянного напряжения в постоянное. Сущность изобретения - устройство содержит: три транзистора, две параллельные ПС-цепочки, один конденсатор, три диода, один датчик тока, пять резисторов, один источник управляющего напряжения. 1 ил.