БЕСКОНТАКТНЫЙ КЛЮЧ ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1974 года по МПК H03K17/567 

1

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники.

Известны бесконтактные ключи постоянного тока, содержащие силовой транзистор, эмиттер которого подключен через нагрузку к общей шине, а коллектор подключен к шине питания через первичную обмотку трансформатора, при этом между базой и эмиттером силового транзистора включены последовательно диод и одна из вторичных обмоток трансформатора, а последовательно с другой вторичной обмоткой трансформатора, соединенной одним из выводов с базой силового транзистора, включены диод и управляемый ключевой элемент, выполненный, например, на транзисторе. Однако такие устройства не могут управляться короткими импульсами.

С целью уменьшения мощности управления и повышения надежности в предлагаемом бесконтактном ключе постоянного тока эмиттер силового транзистора через последовательно соединенные конденсатор, резистор и диод подключен дополнительно к общей щине, причем место соединения диода и резистора подсоединено к диоду, включенному последовательно с ключевым элементом.

На чертеже показана схема предлагаемого бесконтактного ключа постоянного тока.

Он содержит силовой транзистор 1, коллектор которого через первичную обмотку 2 трансформатора 3 подключен к шине 4 питания. Между эмиттером силового транзистора 1 и шиной 5 через LC-фильтр, образованный дросселем 6, конденсатором 7 и разрядным диодом 8, включена нагрузка 9. Между базой и эмиттером силового транзистора 1 включены параллельно резистор 10, диод 11 и цепь, содержащая последовательно соединенные обмотку 12 положительной обратной связи и

диод 13. Между эмиттером транзистора 1 п общей щиной 5 последовательно включены конденсатор 14, резистор 15 и диод 16, а между точкой соединения последних и базой транзистора 1 включены последовательно диод 17, управляемый ключевой элемент 18 (в качестве его может быть применен транзистор, как показано на чертеже, тиристор, модель тиристора, состоящая из транзисторов, и т. д.) и третья обмотка 19 трансформатора.

Параллельно конденсатору 7 LC-фильтра

включена цепь из соединенных последовптельпо четвертой обмотки 20 трансформатора

3 и диода 21.

Бесконтактный ключ работает следующим

образом.

При поступлении импульса «Включить, например, на базе силового транзистора 1 посследний отпирается током импульса. Действием цепи положительной обратной связи

транзистор 1 после окончания импульса

поддерживается в состоянии насыщения, причем базовый ток пропорционален коллекторному, а коэффициент пропорциональности равен отношению чисел витков обмоток 2. и 12. Через открытый силовой транзистор от источника питания в нагрузку передается энергия, и, кроме того, заряжается конденсатор 14. Ток его заряда протекает через резистор 15 и диод 16.

При поступлении импульса «Выключить, который отпирает управляемый ключевой элемент 18, к последовательно и встречно включенным обмоткам 19 и 2 перекладывается папряжение питания через диоды 16 и 17, управляемый ключевой элемент 18 и переход база - коллектор транзистора 1. Число витков обмотки 19 выбирается больше числа витков первичной обмотки 2. Поэтому после отпирания ключевого элемента 18 полярность напряжений на обмотках трансформатора изменяется на обратную, что вызывает запирание диода 13 последовательно с обмоткой 12 положительной обратной связи. С этого момента положительный ток базы заменяется отрицательным, причем величина последнего пропорциональна коллекторному току силового транзистора, а коэффициентом пропорциональности служит отношение чисел витков обмоток 2 и 19.

Действием отрицательного тока базы силовой транзистор 1 выводится из режима насыщения, и начинается процесс снижения коллекторного тока этого транзистора. Вследствие этого повышается потенциал на эмиттере транзистора 1, а вместе с этим ток через диод 16 сначала уменьшается, а затем диод запирается.

Однако поступление отрицательного тока в базу транзистора 1, необходимое для поддержания процесса его запирания, не прекращается. Этот ток обеспечивается разрядом конденсатора 14 через последовательно соединенные диод 17, открытый управляемый ключевой элемент 18 и обмотку 19. Емкость конденсатора 14 выбирается так, чтобы этот ток протекал через конденсатор, разряжая его в течение времени, несколько превышающем продолжительность спада коллекторного тока силового транзистора 1.

Таким образом, отрицательный ток в базу силового транзистора 1, необходимый для его запирания, автоматически задается в течение времени, лишь незначительно превышающем время запирания транзистора, определяемое его инерционностью.

Диоды 16 и 17 могут быть шунтированы одним диодом. Это несколько уменьшает потери энергии при запирании силового транзистора.

Запертое состояние транзистора 1 после окончания разряда конденсатора 14 поддерживается либо за счет присутствия параллельно эмиттерно-базовому переходу этого 5 транзистора достаточно низкоомного резистора 10 и одновременно за счет наличия последовательно с обмоткой 12 диода 13 с ярко выражеппым порогом отпирания по напряжению, либо, с помощью цепи смещепия (на чертеже

0 не показана), запирающей эмиттерный переход силового транзистора 1.

За время протекания тока нагрузки через первичную обмотку 2 в трансформаторе 3 накапливается эпергия магнитного поля. После

5 запирания транзистора эта энергия рассеивается. При этом «обратные напряжения на обмотках 2, 12 и 19 блокированы соответственно запертым транзистором 1, диодом 13 и диодом 17. Диод 21, включенный последовательно

0 с обмоткой 20, оказывается открытым, и через него протекает ток в течение процесса рассеяния энергии магнитного поля, накопленной в трансформаторе 3. При этом происходит переключение энергии, наконленной в трансфор5 маторе 3, в конденсатор 7 LC-фильтра.

Повышение надежности в предлагаемом устройстве связано с тем, что из-за пропорциональности между коллекторным током силового транзистора и отрицательным током базы, обеспечивающем его запирание, последнее может быть принудительно осуществлено при любом значении коллекторного тока. Это упрощает защиту транзистора от перегрузок по току.

Предмет изобретения

Бесконтактный ключ постоянного тока, содержащий силовой транзистор, эмиттер которого подключен через нагрузку к общей шине, а коллектор подключен к шине питания через первичную обмотку трансформатора, при этом между базой и эмиттером силового транзистора включены последовательно диод и одна из вторичных обмоток трансформатора, а последовательно с другой вторичной обмоткой трансформатора, соединенной одним из выводов с базой силового транзистора, включены

0 диод и управляемый ключевой элемент, выполненный, например, на транзисторе, отличающийся тем, что, с целью уменьшения моа ности управления и повышения надежности, эмиттер силового транзистора через последовательно соединенные конденсатор, резистор и диод подключен дополнительно к общей щине, причем место соединения диода и резистора подсоединено к диоду, включенному последовательно с ключевым элементом.