Транзисторный ключ с защитой от перенапряжений

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (aD 4 Н 03 K 17/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .ю

° j j g ) °,"

Фие.1 (21) 4165397/24-21 (22) 23.12.86 (46) 30.06.88. Бюл. У 24 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) И.П.Гончаров, H.А.Тимченко, В.В.Ивахно, А.В.Кипенский и С.M.Никулочкин (53) 621.382 (088.8) (56) ЕПВ патент llj 110461, кл. Н 03 К 17/IO, 1985.

Chen D.Y., Maiden I.P. Application

of Transistor Emitter-Open Turn-off

Scheme to Hign Voltage Power Invertes-IEEE Transactions on Industry

Applications, 1982, ч. 1А-18, N 4, р. 411, fig. 1, .Я0„, 1406765 A1 (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ С ЗАРtHTOA ОТ

ПЕ РЕНАЛРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в полупроводниковых устройствах, питающихся от сети со значительным перенапряжением. Цель изобретения — повьппение надежности устройства. Транзисторный ключ содержит силовые транзисторы l и 2, вентипьные элементы 3 и 4, блок 5 управления, активно-индуктивную нагрузку 10, зашунтированнуи обратным диодом 11, и резистор 6. Введение ограничителя 7 напряжения и демпфирующей цепи, выполненной на конденсаторе 8 и резисторе 9, обеспечивает демпфирование и перераспределение напряжения на сиповых транзисторах 1 и 2. 2 э.п. флы, 2 ип.

1406765

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть испольэовано н полупроводниковых устройствах,. питающихся от сети со значительными перенапряжениями, например, от контактной сети электроподвижного состава.

Цель изобретения — повышение надежности путем демпфирования и пере- 10 распределения напряжения на последовательно соединенных силовых транзисторах.

Ha A«r.1 изображена принципиальная схема транзисторного ключа с эа- 15 щитой от перенапряжений; на фиг.2 временные диаграммы.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 силовые транзисторы, первый

3 и второй 4 вентильные элементы, 20 блок 5 управления, первый резистор 6, ограничитель 7 напряжения, демпфирующую цепь, которая выполнена на параллельно соединенных конденсаторе 8 и втором резисторе 9, активно-индуктив- 25 ную нагрузку 10, которая зашунтиронана обратным диодом 11, первую 12 и вторую 13 шины питания.

Транзисторы и 2 соединены последовательно. Коллектор транзистора ) через нагрузку !О соединен с первой шиной 1" питания. Змиттер транзистора 2 соединен с второй шиной 13 питания. Первый и второй входы блока 5 управления соединены с шинами 12 и 13 35 питания, а первый и второй выходы блока 5 управления соединены с база1 ми транзисторов 1 и 2. База-эмиттерный переход транзистора 1 зашунтирован резистором 6:: нентильным элемен- 40 том 4. которые соединены параллельно. База транзистора 1 соединена с перным выводом нентильного элемента

3, второй вывод которого соединен с первым выводом демпфирующей цепи, 45 второй вывод которой соединен с эмиттером транзистора 2. Ограничитель 7 напряжения включен между коллектором и эмиттеро транзистора 1. Ограничитель 7 напряжения может быть ныполнен50

B ниде стабилцтрона. Вентильные элементы 3 и 4 могут быть выполнены в виде последовательно соединенных стабилитрона и диода.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t, транзисторы I и 2 выключены, причем на базе транзистора сигнал отсутствует, а на базе транзистора 2 действует отрицательное смещение (фиг.2д), конденсатор 8 разряжается через резистор 9, ток нагрузки 10 протекает через диод 11.

В момент времени t< от блока управления на базы транзисторов 1 и 2 поступают сигналы, транзисторы 1 и 2 включаются, и через нагрузку протекает ток по цепи: шина 12 — нагрузка

10 — транзистор 1 — транзистор 2— общая шина. Постоянная времени RC-цепи конденсатора 8, резистор 9 выбирается так, чтобы к моменту времени конденсатор 8 был полностью разряжен.

Величина порогового напряжения элемента 3 несколько выше суммарного напряжения перехода база-эмиттер резистора 1 и коллектор-змиттер транзистора 2, поэтому ток через элемент 3 не протекает.

В момент t с базы транзистора 1 снимается управляющий сигнал, а к базе транзистора 2 прикладывается отрицательное смещение, в результате чего транзистор 2 выключается, причем быстрее, чем транзистор l, так как к базе последнего отрицательное смещение не прикладывается.

В предлагаемом устройстве принципиально отсутствует возможность вторичного пробоя транзистора l,что значительно (примерно в 2 раза) повышает рабочее напряжение ключа. Кроме того, значительно уменьшается время выключения транзистора 1 по сравнению со схемами выключения при реверсе смещения база-эмиттерного перехода последнего. Возможно форсированное выключение транзистора 2, например, при реверсе напряжения его баэаэмиттерного перехода без опасности вторичного пробоя. Напряжение на транзисторе 2 во время его выключения мало из-эа того, что он запирается форсированно и выключается первым, а до тех пор, пока он не выключится, »е ныключится и транзистор 1.

После выключения транзистора 2 ток эмиттера транзистора 1 отсутствует, что снижает вероятность вторичного пробоя.

После выключения транзистора 2 в момент t (фиг.2е) ток нагрузки 10 протекает по цепи. шина 12 — нагрузка 10 — коллекторно-базовый переход транзистора 1 — вентильный элемент

3 — демпфирующая цепь — общая шина, 1406765

20 заряжая конденсатор 8, причем током нагрузки выносятся неосновные носители из Г>азы транзистора 1.

В момент конденсатор 8 заряжен, начинается его разряд через резистор

9, к моменту t< начала следующего периода конденсатор 8 полностью разряжен.

В момент t сигналом с блока 5 упЭ равления включаются транзисторы 1 и

2 и процессы повторяются.

Если в момент t на шинах питания появляется импульс перенапряжения (фиг.2а), блок 5 управления снимает отпирающий импульс с базы транзистора 1 и подает запирающий сигнал на базу транзи стора 2.

Транзистор 1 выключается, размыкая цепь заряда конденсатора 8, напряжение на основных вывпдах транзистора 1 растет, но в момент tz начинает проводить ток стабилитрона 7, ограничивая на пряжейие 1,,, и конденсатор 8 продолжает заряжаться током, протекающим в контуре: шина 12 нагрузка 10 — стабилитрон 7 — резистор 6 — вентильный элемент 3 — конденсатор 8 — шина 13. Напряжение между выводами эмиттер-база транзистора

1 ограничивает вентильный элемент 4, предотвращая пробой р-и перехода.

Лри этом разностное напряжение I! nor (1! + 11„ ) приложено к нагрузке

) О и, когда сумма напряжений U7 +

+ „ достигает значения напряжения заряд конденсатора 8 прекращается, включается диод 11, и напряжение на нагрузке 10 близко к нулю, а ток нагрузки циркулирует в контуре холосто го хода.

До момента t напряжение питания не изменяется, а далее начинает уменьшаться, что приводит к прекращению в момент t протекания тока че.рез стабилитрон 7. Конденсатор 8 начинает разряжаться в контуре конденсатор 8 — резистор 9 — конденсатор 8, а в любом из токовых контуров, содержащих вентильные элементы 3 и 4, этот разряд исключен.

Таким образом конденсатор 8 замедляет скорость нарастания напряжения на основных выводах транзистора

2 и совместно с элементами 3 и 4 ста. билитрона 7 резистором 6 ограничивает напряжение на основных выводах транзистора 1, повышая тем самь1м надежность составного ключа.

Напряжение питания спадает, и в момент t блок 5 управления снимает запрет на включение транзисторов 1 и 2, при этом последние включаются, а в момент t выключаются, и процессы в устройстве повторяются.

Таким образом, предлагаемый транзисторньп ключ обладает улучшенным использованием второго транзистора по классу напряжения, уровень допустимого перенапряжения на составном ключе повьппен за счет того, что второй транзистор принимает на себя часть перенапряжений. Ломехоустойчивость ключа увеличена тем, что в период воздействия на устройство перенапряжений первый транзистор закрыт запирающим смег1ением на его база-эмиттерном переходе.

Формула изобретения

1. Транзисторный ключ с защитой от перенапряжений, содержащий последовательно соединенные первый и второй силовые транзисторы, первый вентильный элемент, первый резистор, блок управления, коллектор первого силового транзистора через активно,— индуктивную нагрузку, которая шунтирована обратным диодом„ соединен с первой шиной питания, эмиттер второго силового транзистора соединен с второй шиной питания, первый и второй входы блока управления соединены соответственно с первой и второй шинами питания, а первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с базами первого и второго силовых транзисторов, база первого силового транзистора соединена с первым выводом первого вентильного элемента, первый резистор включен между базой и эмиттером первого силового транзистора, о тл ич ающий с я тем, что, с целью повьппения надежности, введены ограничитель напряжения и демпфирующая цепь, которая выполнена на параллельно соединенных конденсаторе и втором резисторе, ограничитель напряжения включен между коллектором и эмиттером первого силового транзистора, второй вывод первого вентильного элемента соединен с первым выводом демпфирующей цепи, второй вывод которой соединен с эмиттером второго силового транзистора.

1406765 а) г) е!

7 8 9 /О

Фиг. Z

4 56

Сос тавитель Г. Терешина

Техред М. Ходанич Корректор М.Максимищинец

Редактор F.. Копча

Заказ 3206/53

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Ключ по п.1, о тл ич аю шийся тем, что база-эмиттерный переход первого силового транзистора зашунтирован вторым вентильным элементом, который подключен параллельно первому резистору.

3. Ключ по пп. 1 и 2, о тл ич а и ц и и с я тем, что вентильные элементы выполнены в виде последовательно соединенных стабилитрона и диода.