Транзисторный ключ Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке вторичных источников электропитания.

Известны транзисторные ключи, в которых для снижения мощности управления при работе в широком диапазоне изменения тока нагрузки обеспечивается линейная зависимость между током коллектора и током базы, что в схемном отношении реализуется путем включения в цепь ключа токового трансформатора 1 .

Недостатками таких транзисторных ключей являются невозможность их работы при постоянном отпираюш;ем сигнале управления и высокие массогабариты токового трансформатора при работе на низких частотах коммутации.

Известен также транзисторный ключ,, содержащий силовой транзистор, базовый вывод которого соединен с выходом усилителя МОШ.НОСТИ, коллекторный вывод соединен с клеммой для подключения нагрузки и через резистор связан с неинвертйрующим входом компаратора, эмиттер подключен к общей шине, а инвертирующий вход компаратора соединен с клеммой для подключения источника опорного напряжения, и диод 2.

Однако известный транзисторный ключ характеризуется сложностью настройки и сравнительно больщой мощностью управления, требуемой для включения ключа.

Цель изобретения - упрощение настройки и снижение мощности управления транзисторного ключа.

Поставленная цель достигается тем, что усилитель мощности выполнен на двух транзисторах разной структуры, базовый вывод одного из них подключен к выходу компаратора, коллекторный вывод - к клемме для подключения источника отпирающего напряжения, а эмиттер связан с выходом усилителя мощности, базовый вывод другого транзистора соединен с введенной клеммой для подключения источника управляющего напряжения и через анод-катод ди.ода - с инвертирующим входом компаратора, коллекторный вывод - к введенной клемме для подключения источника запирающего напряжения, а эмиттер связан с выходом усилителя мощности.

На фиг. 1 показана принципиальная схема транзисторного ключа; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип работы ключа.

Транзисторный ключ состоит из силового транзистора 1, подключенного к нагрузке 2. База силового транзистора 1 через вспомогательные транзисторы 3 и 4 соединена соответственно с источниками отпирающего 5 и запирающего 6 напряжений. Базовый вывод вспомогательного транзистора 3 соединен с выходом компаратора 7, входы которого через резисторы 8 и 9 подключены соответственно к коллектору силового транзистора 1 и источнику опорного напряжения 10. Источник 11 управляющего напряжения, связанный с базовым выводом вспомогательного транзистора 4, подключен .через диод 12 ко входу компаратора 7.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

При подаче положительного сигнала управления UH компаратор 7 устанавливается в положение, при котором на его выходе имеется напряжение, запирающее вспомогательный транзистор 3 (в данном случае напряжение отрицательной полярности). Кроме того, при подаче положительного сигнала Uii происходит отпирание вспомогательного транзистора 4, в результате чего наблюдается форсированное запирание силового транзистора 1.

Если в момент времени ti (фиг. 2) полярность управляющего сигнала меняется, происходит выключение транзистора 4 и переопрокидывание компаратора 7, так как UK Ufo - Транзистор 3 открывается, что обеспечивает протекание тока по базе силового транзистора I и переход его в насыщенное состояние. Напряжение на коллекторе транзистора 1 и., становится меньше опорного напряжения Uio, поэтому в момент времени tj происходит обратное переопрокидывание компаратора 7 и закрытие транзистора 3. В интервале времени tt-tj транзистор остается открытым только за счет рассасывания неосновных носителей в базовой области. Заметим, что в это время база силового транзистора оказывается оторванной от остальных выводов, а потому весь накопленный заряд неосновных носителей уменьшается только за счет внутренней рекомбинации. Это приводит к тому, что .время рассасывания носителей tp ii-ta оказывается значительным и существенно больщим временем включения для больщого числа типов силовых высокочастотных транзисторов (2Т803, 2Т808, 2Т908 и др).

В момент времени tj напряжение U., становится равным опорному напряжению Uio, в результате чего компаратор 7 переопрокидывается, а на базу силового транзистора 1 поступает новый импульс тока отпирающей полярности. Далее процесс повторяется, т. е. открытое состояние силового транзистора обеспечивается йодачей на базу пачки отпирающих импульсов тока. При уменьщении коллекторного тока

время рассасывания увеличивается, при этом соответственно уменьшается среднее значение базового тока 1а.ср(кривые на фиг. 2 после момента времени t).

Интервал времени tj-ti, в течение которого происходит процесс насыщения силового транзистора, занимает обычно не более нескольких микросекунд (в зависимости от частотных свойств транзистора) и регулируется на практике путем установления некоторой зоны гистерезиса в работе компаратора.

В предлагаемой схеме при изменении нагрузки 2 автоматически устанавливается такой режим работы, когда на открытом ключе напряжение Um примерно равно опорному напряжению UioФормула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, базовый вывод которого соединен с выходом усилителя мощности, коллекторный вывод соединен с клеммой

для подключения .нагрузки и через резистор связан с неинвертирующим входом компаратора, эмиттер подключен к общей щине, а инвертирующий вход компаратора соединен с клеммой для подключения источника опорного напряжения, и диод, отличающийся тем, что, с целью упрощения настройки и снижения мощности, управления, усилитель мощности выполнен на двух транзисторах разной структуры, базовый вывод одного из них подключен к выходу компаратора, коллекторный вывод - к клемме для подключения источника отпирающего напряжения, а эмиттер связан с выходом усилителя мощности, базовый вывод другого транзистора соединен с введенной клеммой для подключения источника управляющего напряжения и через анод-катод диода - с инвертирующим входом компаратора, коллекторный вывод - к введенной клемме для подключения источника запирающего напряжения-, а эмиттер связан с выходом

(j усилителя мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 337904, кл. G 05 F 1/56. 5 2. Машуков Е. В. Транзисторные устройства коммутации и защиты сетей постоянного тока. ЭТА под ред. Ю. И. Конева, вып: 9. «Советское радио, 1977, с. 25, рис. 6а.