Транзисторный ключ

 

ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий сиповой транзистор, коллектором подключенный к одному из выводов для подключения нагрузки, базой к коллектору запирающего транaHCToipa , эмиттер которого соединен с эютттером силового транзистора и общей шиной питания, компаратор, инвертирующим входом соединенный с выводом для подключения источника опорного напряжения, отпирающий транзистор , диод и резистор, первым аьюодом . соединенный с неинвертирующим входом компаратора, а база запираю щего транзистора связана с управляюгщим входом, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД цепи управления при одновременном уменьшении времени выключения, в него введены задагаонй генератор, широтг но-импульсный модулятор, доподнитёль-, ный резистор, дроссель, конденсатор и два дополнительных диода, аноды которых объединены и через дополнительный резистор подключены к входной шине питания и второму выводу для подключения нагрузки, а через конденсатор соединены с общей шиной питания и вторым выводом резистора, катод первого дополнительного диода соединен с коллектором силового транзистора, а катод второго дополнителы1ого диода - с неинвертирующим, входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу широтно-импульсного модулятора, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выход юиротно-импульсного модулятора подключен к базе отпирающего транзистора, эмиттер которого соединен с входной шиной 00 питания, а коллектор череэ диод с общей вшной питания и через дроссель с базой силового транзистора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„„10S956

Зсмк G 05 F 1/56 (21) 3558942/24-07 (22) 28.02.83 (46) 30.04.84. Бюл. У 16 . (72) В.И. Сазонов, А.А. Гукасов, И.И. Давыдов и С.А. Овчинников ,(53) 621.316. 722. 1(088. 8) (56) 1. Патент США К 4224535, кл. Н 03 К 17/60, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

В 805277, кл. С 05 Р 1/56, 1984. (54)(57) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий силовой транзистор, коллектором подключенный к одному из выводов для подключения нагрузки, базой к коллектору запирающего транэистора, эмиттер которого соединен с эмиттером силового транзистора н общей шиной питания, компаратор, инвертирующим входом соединенный с выводом для подключения источника опор" ного напряжения, отпирающий трап» зистор, диод и резистор, первым,выводом, соединенный с неинвертируювнм входом компаратора, а база запирающего транзистора связана с управляю1 щим входом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД цепи управления при одновременном уменьшении времени выключения, в не го введены задающий генератор, широт- но-импульсный модулятор, дополнитель-, ный резистор, дроссель, конденсатор и два дополнительных диода, аноды которых обьединены и через дополнительный резистор подключены к входной вине питания и второму выводу для подключения нагрузки, а через конденсатор соединены с общей шиной питания и вторым выводом резистора, ка- тод первого дополнительного диода соединен с коллектором силового транзистора, а катод второго дополнительного диода — с неинвертирующим Я входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу широтно-импульсного модулятора, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выход широтно-им- . a нульсного модулятора подключен R базе отпирающего транзистора, эмиттер которого соединен с входной шиной питания, а коллектор через диодс общей шиной питания и через дроссель с базой силового транзистора. и параметрами базовой цепи силового транзистора. Длительность паузы между импульсами тока определяется величиной коллекторного тока (глубиной насыщения), выходного транзистора я его параметрами. При уменьшении коллекторного тока время рассасывания увеличивается, при этом соответственно уменьшается среднее значение базового тока таким образом, что остаточное напряжение на коллекторе поддерживается на уровне заданного опорного напряжения.

Кроме того, в известном транзисторном ключе снижается мощность, затрачиваемая на управление выходным транзистором, однако ее величина остается на достаточно высоком уровне, значительно превышающем мощность, необходимую для поддержания выходного транзистора в открытом состоянии, а время выключения последнего, несмотря на формированное выключение, имеет большую величину, определяемую временем рассасывания избыточного (остаточного), базового заряда, которое зависит от величины выходного тока и может достигать длительности интервала между отпирающими импульсами тока.

Цель изобретения — повышение КПД при одновременном уменьшении времени выключения.

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектором подключенный к одному из выводов для подключения нагрузки, базой к коллектору запирающего транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером силового транзистора и общей шиной питания, компаратор, инвертирующим входом соединенный с выводом для подключения источника опорного напряжения, отпирающий транзистор, диод и резистор, первым выводом соединенный с неинвертирующим входом компаратора, а база запирающего транзистора связана с управляющим входом, введены задающий генератор, широтно-импульсный Модудроссель, конденсатор н два дополнительных диода, аноды которых объединены и через дополнительный резистор и второму выводу для подключения нагрузки, а через конденсатор соедине ны с общей шиной питания и вторым! 1089562 э

Изобретение относится к электротехнике и может быть использована в ключевых элементах импульсных стабилизаторов постоянного напряжения и статических преобразователях электрической энергии, Известен ключевой элемент с эффективной схемой возбуждения базы выходного транзистора с большой величиной переключаемого тока, содержащий силовой транзистор, база которо"

ro соединена через последовательно . соединенный дроссель и первый ключевой транзистор с одной шиной питания, а через второй ключевой транзистор - с второй шиной питания

15 и змиттерои силового транзистора, коллектор которого через нагрузку связан с первой шиной питания, кроме того, точка соединения дросселя

20 и первого ключевого элемента связана через подпитывающий диод с второй виной питания ).

Недостатком указанного элемента является большое время выключения цз-эа необходимости задания величины базового тока, гарантирующей поляое включение транзистора при максимально возможном токе нагрузки и минимальном коэффициенте его усиления. Выполнение указанного требования приводит к тому, что практически силовой транзистор в.открытом состоянии находится в глубоком насыщении.

Наиболее близким к предлагаемому. является транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектор которого связан через нагрузки с первой шиной питания, база через коллекторно-эмиттерный переход запирающего транзистора с змиттером и не- 4О посредственно с другой Шиной питания, компаратор, инвертирующим входом связанный с клеммой для подключения опорного напряжения, отпирающий транзистор, резистор, первым выводо 4 соединенный с неинвертирующим входом компаратора, диод н клемму управления, связанную с базой запирающего . транзистора (2Д.

В известном транзисторном ключе 50

;осуществляется автоматическая регу",лятор, дополнительный резистор,,яировка средней величины базового тока выходного транзистора в зависиности от величины выходного тока, за счет изменения скважности импуль- 55 подключены к верхней шине питания сов тока, подаваемых в базу выходного транзистора, длительность которых определяется величиной резистора

3 .; 1089562 . 4 .выводом резистора, катод первого,, ность которых пропорциональна сигнадополнительного диода соединен с кол-.,лу на выходе компаратора 3. В момент лектором силового транзистора, а включения ток.через дроссель равен катод второго дополнительного дио- нулю, ключевой силовой транзистор 9 да - c неинвертирующим входом компа-: .закрыт напряжение íà его коллекторе

5 ратора, выход которого подключен к, . велико, диод 13 закрыт. На неинверуправляющему входу, широтно-импульстирующем входе компаратора напряжекого модулятора, вход которого, ние, определяемое соотношением ресоединен е выходом задающего гене- зисторов 16 и 18, максимально и прератора, выход широтно-импульсного -. О вышает опорное напряжение на его модулятора подключен к базе отпираю" инвертирующем входе и клемме 19. Длищего. транзистора, эмиттер которого тельность импульсов включения трансоединен с входной шиной питания, . зистора 4 максимальна и ток в дроса коллектор через диод — с общей селе и базе силового транзистора 9 шиной питания и через дроссель с ба" . нарастает. Когда ток дросселя дости!

5 .зой силового транзистора. гает величины, достаточной 4ля

На чертеже приведена принципиаль- . полного отпирания силового транэистоная электрическая схема .транзистор ра 9, напряжение на его коллекторе ного ключа. уменьшается до величины, равной

Ключ содержит задающий генератор величине опорного напряжения на клем1, подключенный к тактирующему . : ме 19. Процесс устанавливается. Дливходу широтно-импульсного модулято-, - тельность импульсов включения транра 2; управляющий вход которого под- зистора 4 устанавливается на уровне, ключен к выходу компаратора 3, а вы- необходимом для поддержания тока в ход - к базе ключевого отпирающего . дросселе требуемой величины, пропортранзистора 4. Эмиттер отпирающего циональной току нагрузки и коэффитранэистора 4 подключен к первой . циенту усиления силового транзистошине 5 питания, а его коллектор через-,ра 9. При величине опорного напрядиод 6 связан с второй шиной 7 нита- жения в пределах 0,7-1,5 В силовой ния и через дроссель 8, с базой сила- транзистор работает в усилительном ревого транзистора 9, змиттером подклю жиме (не насыщается), его коэффи30 ченного ко второй шине 7 питания. циент усиления по току остается достаБазо-эмиттерный переход силового .: точно большим, что обусловливает транзистора 9 зашунтирован коллектоР-. оптимальные условия для его выключе-ро-эмиттерным переходом запирающего . ния. При подаче импульса выключения транзистора 10, базой подключенного З5 на базу выключающего транзистора 1О к управляющей клемме 11, а коллек- последний открывается и ток дросселя, тор транзистора 9 через нагрузку 12. минуя базу силового транзистора, за" подключен к первой шине 5 питания, : мыкается через коллекторно-эмиттерный и через первый диод 13 диодной пары переход выключающего транзистора 10.

14 к аноду второго дйода 15 пары и "О .При.этом силовой транзистор 9 мгноточке соединения дополнительного . . венно выключается, так как s его барезистора 16 и конденсатора 17. вовой области отсутствует избыточДругие выводы резистора 16 и конден-: ный. заряд и обратное сопротивлейие сатора 17 подключены соответствен коллекторного перехода быстро восстано к первой 5 и второй 7 шинам, пита- 45 навливается. Частота импульсов, нйя. Катод диода 15 подключен через . поступающих на базу включающего резистор 18 к второй шине 7 питания: транзистора 4, выбирается в 5-20 раз и непосредственно к неинвертирую- выше частоты переключения силового щему входу компаратора 3, инвертн- . транзистора, а индуктивность дросрующий вход которого связан с клем- 50 селя такой, чтобы требуемый ток @ нем мой 19 для подключения опорного на- устанавливался за 5-20 включений пряжения. силового транзистора. Величина емТранзисторный ключ работает еле" кости конденсатора 17 выбирается дующим образом. таким образом, чтобы за время дейстЗадающий геиератор тактирует шн- 55 вия импульса выключения напряротно-импульсный модулятор, который :жение на нем не успевало извырабатывает импульсы управления . меняться более, чем на 10-20Х от, включающим транзистором 4, дпитель-,опорного.

1089562

Составитель В.Мосин

Редактар А.Власенко Техред И.Асталмн Корректор А.Зимокосов .

Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Заказ 2933/45

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Таким образом, в транзисторном ключе величина остаточного напряжения на коллекторе силового транзистора поддерживается на уровне заданного опорного напряжения.

Мощность, затрачиваемая в базовой ,цепи силового транзистора на его включение и выключение, определяется током дросселя и остаточными напряжени-1О яии иа базовом переходе силового транзистора, коллекторном переходе включаю» щего и выключающего транзистора,на диоде и активном сопротивлении дросселя.

Малое время выключения транзисторного ключа и низкий уровень динамических потерь на фронтах переключения позволяют уменьшить по сравнению с известными суммарные потери мощности на силовом транзисторе при работе на повышенных частотах и успешно использовать его в малогабаритной преобразующей аппаратуP9 °