Транзисторный ключ

 

I. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий силовой транзистор, блок управления, накопительный диод, первый электрод которого соединен с коллектором транзистора, отличающий с я тем что, с целью повышения КПД и надежности, в него , . -введены трансформатор тока и ограни i tJ;w . читель напряжения, причем первая обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь нагрузки ключа , вторая обмотка одним концом, соединена с вторым электродом накопительного диода, другим - с эмиттером транзистора, а третья обмотка подключена к ограничителю напряжения. 2.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста со стабилитроном, включенным на стороне постоянного тока. 3.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель § напряжения выполнен в виде диодного моста с параллельно включенными ре (Л зистором и конденсатором на стороне постоянного тока. с 4.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста, подключенного со стороны постоянного тока к источнику питания транзисторного ключа. 00 со О5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3518336/24-07 (22) 01.12 ° 82 (46) 23.03.84. Бюл. Ф 11 (72) С.А. Георгобиани, М.E. Клыков, Н.Н. Шкуро, P.Ó. Резаков, Ю.Н. Тимарин, В.А. Урбанович, Г.В. Тихон и А.Л. Канникайнен (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический светотехнический институт (53) 621. 314. 58(088. 8) (56) 1. Моин В.С. Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. "Энергия", 1972, с. 346, рис. 9. 18, а.

2. Electronic Engineering. 1978, октябрь, с. 83. (54) (57) 1. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий силовой транзистор, блок управления, накопительный диод, первый электрод которого соединен с коллектором транзистора, о т л и ч а— ю шийся тем что, с целью повышения КПД и надежности, в него .введены трансформатор тока и ограни„„SU „„ 1081796 A

3(д11 H 03 К 17/60(/ Н 02 М 7/537 читель напряжения, причем первая обмотка трансформатора тока включена последовательно в цепь нагрузки ключа, вторая обмотка одним концом, соединена с вторым электродом накопительного диода, другим — с эмиттером транзистора, а третья обмотка подключена к ограничителю напряжения.

2. Ключ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста со стабилитроном, включенным на стороне постоянного тока.

3. Ключ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста с параллельно включенными резистором и конденсатором на стороне постоянного тока.

4. Ключ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что ограничитель напряжения выполнен в виде диодного моста, подключенного со стороны постоянного тока к источнику питания транзисторного ключа.

796

20

1 1О81

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования постоянного напряжения в переменное посредством инверторов на транзисторных ключах.

Для снижения динамических потерь мощность, рассеиваемых при выключении силового транзистора, применяются R-С-D цепочки, включенные параллельно транзистору (11 .

Недостаток этого решения состоит в ограниченности частотного диапазона определяемом временем, необходимым для ерезаряда конденсатора, Известны также устройства, в которых параллельно транзистору подключается при выключении накопительный диод, время восстановления обратного сопротивления которого превышает время выключения транзистора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, блок управления, накопи" тельный диод, первый электрод которо-,; го соединен с коллектором транзистора, а второй электрод через резистор, шунтированный возвратным диодом, подключен к низковольтному вспомогательному источнику напряжения j2) .

Наличие в известном транзисторном ключе вспомогательного источника напряжения приводит как к усложнению схемы, так и к снижению КПД ключа за . счет активных потерь в резисторе.

Кроме того, время восстановления накопительного диода нестабильно и является функцией тока нагрузки ключа. Так в режимах изменяющейся нагрузки может не выполняться условие

40 превышения времени восстановления обратного сопротивления накопительного диода над временем выключения транзистора, и схема ограничения перестает работать, что приводит к

45 . снижению надежности ключа.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности.

Поставленная цель достигается

rr, тем, что в транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор с блоком управления и накопительный диод, соединенный первым электродом с коллектором транзистора, введены трансформатор тока и ограничитель напряже- 55 ния, причем первая обмотка трансформатора тока включена последовательно в нагрузочную цепь ключа, вторая обмотка одним концом соединена с вторым электродом накопительного диода, другим — с эмиттером транзистора, а третья обмотка подключена к ограничителю напряжения.

В качестве ограничителя может быть использован диодный мост, нагруженный на стабилитрон, резистор, шунтированный конденсатором или на цепь питания ключа.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого ключа; на фиг, 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы; на фиг.3-5— варианты схем тр анзи сторно ro ключа с различным выполнением блока ограничения; на фиг. 6 — пример использования ключа в схеме полумостового инвертора.

Электрическая схема ключа (фиг. 1) содержит силовой транзистор 1, блок 2 управления и накопительный диод 3, трансформатор 4 тока с обмотками 5-7 и ограничитель 8 напряжения. Причем обмотка 5 трансформатора 4 тока включена последовательно в нагрузочную цепь ключа, обмотка б одним концом соединена с анодом накопительного диода 3, другим — с эмиттером транзистора 1, а обмотка 7 подключена к ограничителю

8 напряжения.

Бо время открытого состояния транзистора 1 (интервал времени фиг. 2,,а) схема работает аналогично известной с той лишь разницей, что ток через накопительный диод 3 обеспечивается трансформатором тока 4.

Очевидно, что при этом форма тока через накопительный диод 3 определяется характером нагрузки ключа и соответствует величине тока нагрузки в масштабе, определенном коэАфициентом трансформации трансформатора 4 (нагрузка принята активно-индуктивная1 фиг. 2). Через коллектор транзистора

1 течет суммарный ток накопительного диода 3 и ток нагрузки.

Напряжение на открытом транзисторе 1 равно напряжению его насыщения 11 . При подаче запирающего кэ нос импульса ток коллектора падает с постоянной времени выключения транзистора l (интервал t - . „фиг. 2). Ток

2 нагрузки начинает протекать по насыщенному накопительному диоду 3, в базе которого находится значительный избыточный заряд неосновных носите796 4 жения подключены цепи, состоящие из двух последовательно соединенных конденсаторов 13 и 14, образующих емкостной делитель напряжения, двух

15 и 1 последовательно соединенных ди одов и 6 обратного тока и двух последовательно соединенных силовых транзисторов 17 и 18. Нагрузка подключается к точкам соединения и двух конденсаторов и соединенных между собой средних точек диодов и транзисторов. Управление транзисторами ос—

У ществляется блоком 19 управления.

Дпя уменьшения потерь на выключение в транзисторах инвертора в его схему введены накопительные диоды 20 и

21 т трансформатор 22 тока с обмотками 23-26 и ограничитель 27 напряжения.

П рименение предлагаемого устройства позволит уменьшить общие потери мощности в ключе в 1.,5-2 раза по сравнению с известной схемой за счет несколько меньшего напряжения ограничения. Кроме того, упрощается схема ключа, так как нет необходимости в дополнительном источнике напряжения, что особенно существенно в реальных схемах инверторов, использующих два и более ключей. Одновременно благодаря наличию трансформаторной положительной обратной связи между током коллектора и током накопительного диода исключается их функциональная зависимость, что позволяет повысить надежность транзисторного ключа.

3 1О81 лей. Ток диода 3 при этом изменяет полярность. Для создания пути нротекания тока через трансформатор 4 параллельно его обмотке 7 подключен ограничитель 8 напряжения.

В т ечение времени -с, которое

6 р д ляется Bp(.енем рассасывания избыточных носителей в области базы диода 3, на коллекторе закрывающегося транзистора 1 поддерживается лов по с- 1р тоянное напряжение, определяемое коэффициентом трансформации трансформатора 4 тока и напряжением ограничения ограничителя 8.

Ограничитель напряжения может быть выполнен в виде диодного моста со стабилитроном на стороне постоянного тока либо в виде диодного моста, подключенного со стороны постоянного тока к источнику питания тран- 2б зисторного ключа, либо в виде диодного моста с параллельно выключенными резистором и конденсатором на стороне постоянного тока.

В качестве ограничителя может быть применен диодный мост 9 со стабилитроном 10 на стороне посто, диодныи мост янного тока (фиг. 3) дио

9 с параллельно включенными резистором 11 и конденсатором 12 на сто- щ роне постоянного тока (фиг. 4), диодный мост 9, подключенный со стороны постоянного тока к источнику питания транзисторного ключа 1 (фиг. 5).

В полумостовом инверторе напря35 жения .к источнику постоянного напря1081796

ВНИИПИ Заказ 1565/52 Тираж 862 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4