Транзисторный ключ

 

ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий первьй, второй и третий транзисторы , трансформатор тока, которьй имеет первичную и две вторичные обмотки , первый диод, первый и второй резисторы, формирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источника питания, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения .надежности транзисторного ключа, в него введены четвертый транзистор, второй и третий диоды, первьй, второй и третий вентильные элементы, конденсатор, причем коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу первого вентильного элемента, а эмиттер соединен с первой шиной источника питания и концом первой вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через второй диод подключено к второму выводу первого вентильного элемента и коллектору второго транзистора , эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, второй выходной ишной, эмиттером первого транзистора, первым выводом i конденсатора и концом второй вторичной обмотки трансформатора тока, наСЛ чало которой подключено к первому выС воду третьего диода и через второй вентильный элемент - к первому выводу третьего вентильного элемента и базе первого транзистора, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора, коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттерс вторыми вьшодами третьего вентильного элемента, первого и третьего диодов, базы второго, третьего и четвертого транзисторов соответственно подключены к первому, второму и третьему выходам формирователя управляющих импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д) Н 03 К 17/60

OnHGAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3684156/24-21 (22) 30. 12.83 (46) 15.05.85. Бюл. Р 18 (72) Ю.П.Гончаров, Н.А.Тимченко, В.В.Ивахно, А.В.Кипенский и С.М.Никулочкин (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 621.382 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 972665, кл. Н 03 К 17/60, 198?.

2.Авторское свидетельство СССР

Р 974521, кл. Н 02 М 1/08, 1981 (прототип). (54) (57) ТРАНЗИСТОРНЬЙ КЛЮЧ, содержащий первый, второй и третий транзисторы, трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второй резисторы, формирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источника питания, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности транзисторного ключа, в него введены четвертый транзистор, второй и третий диоды, первый, второй и третий вен„„SU„„115 248 А тильные элементы, конденсатор, причем коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу первого вентильного элемента, а эмиттер соединен с первой шиной источника питания и концом первой вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через второй диод подключено

K второму выводу первого вентильного элемента и коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, второй выходной шиной, эмиттером первого транзистора, первым выводом а конденсатора и концом второй вторич- Я ной обмотки трансформатора тока, начало которой подключено к первому вы- %УФ воду третьего диода и через второй С вентильный элемент — к первому выводу третьего вентильного элемента к Я с базе первого транзистора, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора тока и первым > а выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора, коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттерс вторыми выводами третьего вентильного элемента, первого и третьего диодов, базы второго, третьего и четвертого транзисторов соответственно подключены к первому, второму и третьему выходам формирователя управляющих импульсов. первой шиной источника питания, вторые выводы первого и второго резисторов соответственно подключены к началу третьей и концу четвертой вторичных обмоток трансформатора тока, конец третьей и начало четвертой вторичных обмоток соответственно соединены с коллекторами второго и третьего транзисторов, эмиттеры которых подключены к второй шине источника питания, база второго транзистора через третий резистор соединена с выходом формирователя управляющих импульсов и входом инвертора, вы од которого подключен к базе третьего транзистора С23.

Недостатком известного транзисторного ключа является низкая надежность.

Цель изобретения — повышение надежности транзисторного ключа.

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий первый, второй и третий транзисторы,трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второй резисторы, формирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источ с ка питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источни. ка питания, первый. вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, введены четвертый транзистор, второй и третий диоды, первый, второй и третий вентильные элементы, конденсатор, причем коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу первого вентильного элемента, а эмиттер соединен с первой шиной источника питания и концом первой вторичной обмотки трансформатора тока, начало которой через второй диод подключено к второму выводу первого чентильного элемента и коллектору второго транзистора, эмиттер которого соединен с второй шиной источника питания, второй выходной шиной, эмиттером первого транзистора, первым выводом конденсатора и концом второй вторичной.обмотки трансформатора тока, начало которой подключено к первому выводу третьего диода и через второй

1 1156248 2

Изобретение относится к импульсI ной технике и может быть использовано в системах электропривода для периодической коммутации цепей постоянного тока. S

Известен транзисторный ключ, содержащий первый и второй транзисторы, трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, диод и резистор, первую и вторую вы- 10 ходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод резистора соединен с первой шиной источника питания, эмиттер первого транзистора подключен к второй шине источника питания, а база — к входной шине, а также конец первичной обмотки трансформатора 20 тока соединен с началом первой вторичной обмотки и эмиттером второго транзистора, база которого подключена к концу первой вторичной обмотки трансформатора тока, а коллектор — 25 к второй выходной шине, коллектор первого транзистора соединен с начаом второй вторичной обмотки транс.орматора тока, конец которой подключен к второму выводу резистора и через диод — к второй шине источника питания .(1).

Однако этот транзисторный ключ характеризуется низкоч надежностью.

Наиболее близким па технической сущности к предлагаемому является транзисторный ключ, содержащий первый, второй и третий транзисторы, трансформатор тока, который имеет первичную и две вторичные обмотки, первый диод, первый и второй резисторы, фор40 мирователь управляющих импульсов, первую и вторую выходные шины, первую и вторую шины источника питания, причем начало первичной обмотки

45 трансформатора тока подключено к первой выходной шине, первый вывод первого резистора соединен с первой шиной источника питания, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу первого диода, кроме того, 50 конец первичной обмотки трансформатора тока соединен с началом первой вторичной обмотки и эииттером первого транзистора, база которого подключена к концу первой вторичной обмот55 ки трансформатора тока, а коллектор к второй выходной шине, второй вывод первого диода соединен с

11 l6248 4 ве iòèëüíbIé элемеlit — к первому выво

t ду третьего вентиль. ного элемента и базе пеg зого транзистора, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора тока и первым выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора, коллектор третьего транзистора соединен с вторым выводом первого резистора, а эмиттер — с вторыми выводами третьего вентильного элемента, первого и третьего диодов, базы второго, третьего и четвертого транзисторов соответственно подключены к первому, нто- 15 рому и третьему выходам формирователя управляющих импульсов.

На фиг. 1 изображена схема транзисторного ключа; на фиг. 2 — временные диаграммы работы транзисторного ключа.

Транзисторный ключ содержит пер— вый 1., второй 2, третий 3 и четвертый 4 транзисторы, трансформатор 5 тока, который имеет первичную 6 и 5 две вторичные обмотки 7 и 8, первый

9,: второй 10 и третий 11 диоды, первый 12 и второй 13 резисторы, первый

14, второй 15 и третий 16 вентильные элементы, конденсатор 17, формирователь.18 управляющих импульсов, пер30 вую 19 и вторую 20 выходные шины, первую 21 и вторую 22 шины источника питания, причем начало первичной обмотки 6 трансформатора 5 тока подключено к первой выходной шине 19, первый вывод первого резистора 12 соединен с первой шиной 21 источника питания, первый вывод второго резистора f3 подключен к первому выводу первого диода 9, коллектор четверто- 40 го транзистора 4 подключен к первому выводу первого вентильного элемента 14 а эмиттер соединен с первой шиной 2! источника питания и концом первой вторичной обмотки 7, трансформатора 5 тока, .начало которой через второй диод 10 подключено к второму выводу первого вентильного элемента 14 и коллектору второго транзистора 2, эмиттер которого сое- 50 динен с второй шиной 22 истбчника питания, второй выходной шиной 20, эмиттером первого транзистора 1, первым выводом конденсатора 17 и концом второй вторичной обмотки 8 трансформатора 5 тока, начало которой подключено к первому выводу третьего диода 11 и через второй вентильный элемент 15 — к первому выводу третьего нентильного элемента 16 и базе первого транзистора 1, коллектор которого соединен с концом первичной обмотки 6 трансформатора 5 тока и первым выводом второго резистора 13, второй вывод которого подключен к второму выводу конденсатора 17, коллектор третьего транзистора 3 соединен с вторым выводом первого резистора 12, а эмиттер - с вторыми выводами третьего вентильного элемента 16, первого 9 и третьего

11 диодов, базы второго 2, третьего

3 и четвертого 4 транзисторов соответственно подключены к первому, второму и третьему выходам формирователя 18 управляющих импульсов.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

В исходном состоянии транзисторы

1-3 выключены, а транзистор 4 включен. В момент времени 1о, задаваемый формирователем 18 управляющих импульсов, транзистор 4 закрывается, а транзистор 3 открывается (Лиг.2 ).

По цепи 21-12-3-16-ВЭ1-22 протекает управляющий ток. Коллекторный ток транзистора 1 увеличивается и, когда напряжение на обмотке 8 превышает суммарное падение напряжения на диоде 11, вентильном элементе 16 и переходе база — эмиттер транзистора 1, в цепи базы транзистора 1 начинает протекать дополнительный управляющий ток. Напряжение на переходе коллектор — эмиттер транзистора 1 падает (фиг. ? в), диод 9 открывается, н дополнительный управляющий ток начинает протекать в контуре 8-11-9КЭ1-8.

Ограничение тока базы транзистора 1 и напряжения коллектор — эмиттер приводит к уменьшению зарядов, накапливаемых в базе транзистора 1, и сокращению времени выключения ключа. После включения транзисторного ключа в момент времени й„ транзистор 3 запирается сигналом, поступающим с формирователя 18 .управляющих импульсов. Транзистор 1 поддерживается во включенном состоянии за счет нагрузочного тока, трансформи-. рующегося в цепь управления.

В момент времени t>, задаваемо формирователем 18 управляющих импульсов, транзистор 2 включается (фиг.2ь), Напряжение на обмотке 8 изменяет знак (фиг. 25). Поскопьку емкость

1156248. хода коллектор — эмиттер транзистора 1 разряжена, и, кроме того, разряжена емкость конденсатора 17, то напряжение коллектор — эмиттер транзистора 1 скачком измениться не может, и диод 9 запирается. За счет энергии, запасенной в индуктивности рассеяния трансформатора 5, продолжается протекание тока базы транзистора. 1. Из-за зарядов, накопленных 1О в базе транзистора 1, напряжение на переходе базы — эмиттер в момент времени t знак не изменяет. Пороговое напряжение на диодах 11, суммируясь в пороговым напряжением на вентильном элементе 16, ускоряет спад базового тока, компенсируя влияние индуктивности рассеяния трансформатора 5.

После спада тока базы до нуля 10 диод 11 и вентильный элемент 16 выключается, а вентильный элемент 15 включается, происходит вынос зарядов из базы транзистора 1 до момента восстановления переходом база — эмиттер запирающих свойств.

В этом интервале. на переходе базаэмиттер сохраняется прямое смещение, коллекторный ток транзистора 1 продолжает протекать при неизменном значении напряжения коллектор — эмиттер, соответствующем насыщенному состоянию транзистора 1.

Начиная с момента времени, когда напряжение базы — эмиттер транзистора 1.становится равным нулю, коллек35 торный ток начинает спадать, переход база — эмиттер восстанавливает запирающие свойства и. ограничивает обратный ток, к нему прикладывается обратное смещение.

После заряда конденсатора 17 ток нагрузки спадает до нуля, транзисторный ключ выключается.

В момент времени, когда отрицательный базовый ток и коллекторный ток транзистора 1 спадает до нуля, а напряжение коллектор — эмиттер достигает значения напряжения источника питания цепи нагрузки транзисторного ключа, транзистор 2 выключается формирователем 18. управляющих импульсов.

Транзистор 4 открывается (фиг. 2d) и шунтирует обмотку 7. Спад намагничивающего тока трансформатором 5 тока продолжается до момента времени когда вольтсекундные площади положительной и отрицательной полуволн напряжения обмотки 8 становятся, равным (фиг. 26) ° Введение в цепь намагничивающего тока трансформатора 5 тока порогового напряжения на вентильном элементе 4 ускоряет спад этого тока до нуля.

В момент времени t< задаваемый формирователем 18 управляющих импульсов, транзистор 4 выключается, транзистор 3 включается, электромагнитные процессы в транзисторном ключе повторяются.

У предлагаемого транзисторного ключа надежность вьппе, чем у известных транзисторных ключей за счет сокращения времени выключения и устранения произвольного включения .ключа при его работе в составе силового электрооборудования со значительным уровнем электромагнитных помех.

11 56 248

Фиг /

8 и .Фю

Фиа 2

Заказ 1 5 55

9 Ти аа 872 о саое

Фааваа ПНВ втеат, з.Ужгород, за ВРоеатиаа, 4