Ключ постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК H03K17/60 

.Изобретение относится к области электро техники и может найти примене ниев бесконтактной коммутационной аппаратуре устройств преобразования и регулирования электрической энергии. Известны ключи постоянного тока, содержащие силовой и управляющий тра зисторы и трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с коллекторно-эмиттерной цепью силового транзистора и нагрузкой а вторичная - последовательно с коплекторноэмиттерной цепью управляющего транзистора и базо-эмиттерным переходом силового. Однако в подобных ключагх процесс отпирания силового транзистора занимает продолжительное арем, что повышает динамические потери и уменьшает быстродействие ключа. Кроме того, в ряде схем, где последовательно со вторичной обмоткой трансформатора введен дополнительный диод и коллекторная цепь управляющего транзистора гальванически не свя,зана с шиной питания, для отпирания силового ключа требуется значительна мощность входного сигнала 1 и 21. Указанные недостатки объяЪняются следующими причинами. Во-первых, для всякого трансформатора со значительным коэффициентом трансформации, а таким является, трансформатор тока в схеме силового ключа, характерно наличие существенных потоков рассеяния между первичной и вторичной обмотками. Из-за этого затягивается нарастание тока во вторичной обмотке, что, в свою очередь, ведет к уменьшению скорости отпирания силового транзистора. Во-вторых, в схеме, где последовательно со вторичной обмоткой включены диод и коллекторно-эмиттерная цепь управляющего транзистора, причем в отсутствии входного сигнала на коллекторе последнего нет смещения, соответствукадего активному режиму транзистора, развитие регенерати вного процесса отпирания силового -транзистора затруднено. Это обусловлено тем, что для развития регенерации на вторичной обмотке должно возникнуть напряжение, достаточное для преодоления пороговых напряжений отпирания указанных диода и управляющего транзистора. До возникновения указанного напряжения, т.е. до начала регенерации, управл.яющий транзистор теряет свои усилительные свойства, и ток входного сигнала, поступающий в базу силового транзистора, не усиливается управляющим транзистором.

Цель изобретения - сокращение динамических потерь , повышение быстродействия ключа и уменьшение необходимой импульсной мощности входного сиг нала. .

Поставленная цель достигается тем, что в ключе постоянного тока/ содержащем силовой и управляющий транзистpj и трансформатор, первичная обмотк которого включена последовательно с коллекторно-эмиттерной цепью, силового транзистора и нагрузкой, а вторичная - последовательно с коллекторноэмиттерной цепью управляющего транзистора и базо-эмиттерным переходом силового, коллектор управляющего транзистора связан с эмиттёрЬм; силового через конденсатор и гальванически связан, например, через резистор, с шиной питания.

Из-за наличия конденсатора, гальванически связанного с шиной питания напряжение на коллекторном переходе управляющего транзистора закрытого ключа поддерживается на уровне, характерном для активного режима его работы, что обеспечивает быстрое отпирание силового транзистора, несмотря на наличие индуктивности рассеяния между первичной и вторичной обмотками трансформатора.

Схема ключа постоянного тока изображена на чертеже.

В нем эмиттер силового транзистора 1 соединен с общей шиной 2. Коллектор силового транзистора через первичную обмотку 3 трансформатора 4 и нагрузку 5 подключен к шине питания 6. Последовательно с баэЬ-эмиттерным переходом силового.транзистора 1 включены эмиттерно-коллекторная цепь управляющего транзистора 1,. вто ричная обмотка 8 трансформатора 4 и диод 9. КоллёктЬр управляющего транзистора 7 связан с эмиттером силового транзистора 1 через конденсатор , кроме того, связан с шиной питания б через параллельно-соединенные резистор 11 и диод 12.

Принцип действия предлагаемого ключа постоянного тока состоит в следующем.

В отсутстйии входного сигнала положи ельной полярности на базе управл1|квдего транзистора 7 он находится в эапертом состоянии, а конденсатор Ю - заряжен Вследствие этого коллекторный переход транзистора находится, под нормальн ам смещением, обеспечивающем наличие у него усилительных свойств.

Поступление входного сигнала на базу управляющего транзистора 7 вызывает его отпирание и разряд .конденсатора 10 через коллекторно-эмиттерную цепь этого транзистора и базо-эмитт.ерный переход силового транзистора 1. Ток разряда имеет значительную величину (превышает входной ток в число раз, равное коэффициенту усиления тока базы управляющего транзистора), и это обеспечивает быстрое отпирание силового транзистора 1, несмотря на наличие индуктивности рассеяния между первичной

3и вторичной 8 обмоткой трансферматора 4. Последний осуществляет положительную .обратную связь по току,вследствие чего открытое состояние силового транзистора 1 поддерживается в течение времени, пока открыт под действием входного сигнала управляющий тр)анзистор 7.

По окончании входного сигнала сначала происходит запирание управляющего транзистЬра 7, а силовой транзистор 1 в течение некоторого времени продолжает.работать в состоянии насыщения. Запирание управляющего транзистора 7 приводит к тому, что током обмотки 8 быстро заряжается конденсатор. 10. Нарастани напряжения на этом конденсаторе продолжается до тех пор, пока не отпирается диод 12, фиксирующий потенциал коллектора транзистора 7 на уровне напряжения источника питания. Если параллельно конденсатору 10 включить стабилитрон то уровень фиксации потенциала будет определяться напряжением п эобоя стабилитрона..

Таким образом, заряд конденсатора 10 в предлагаемом ключе постоянного тока происходит не через резистор 11 что позволяет ; вьтбирать его сопротивление значительным , не опасаясь существенного возрастания времени за.ряда конденсатора и уменьшения, тем самым, быстродействия ключа. Высокоомность резистора обуславливает незначительные потери мощности в нем.. Назначение резистора 11 - предотвращение разряда конденсатора токами утечки. ..

После запирания силового транзистора 1 в трансформаторе 4 происходит процесс восстановления исходного состояния сердечника. Во время этого процесса на обмотках трансформатора

4изменяется полярность напряжений. Диод 9 блокирует обратное н апряжение н& обмотке 8 и предотвращает разряд конденсатора 10. Цепи восстановления трансформатора (на чертеже не показаны) могут быть выполнены любым из извейтньЬс. способов, например, в виде дополнительных обмотки и диода, включенных последовательно друг с другом между шинами питания.

Формула изобретения

Ключ постоянного тока, содержащий силовой и управляющий транзисторы и

трансформатор, первичная .обмотка которого включена последовательно с коллекторно-эмиттерной цепью силового, транзистора и нагрузкой, а вторичная - последовательно с коллекторноэмиттерной цепью управляющего транзистора и базо-эмиттёрнвам переходом силового, отличающийся тем, что, с целью сокращения динамических потерь, повышения быстродействия и уменьшения необходимой импульсной мощности сигнала на входе ключа.

702523

коллектор управляющего транзистора через конденсатор связан с эмиттером силового и, кроме того, гальваничвс- ки связан, например, через резистор, с шиной питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Айторскоё свидетельство СССР 1 410370, кл. G05 F 1/56, 3.12.71

2.Авторское свидетельство СССР

0

№ 318161, кл. Н 03 К 17/60, 19.5.69..

I

I

:«

0