Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения, где требуются высокие быстродействие и КПД. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Транзисторный ключ содержит трансформатор 1, силовой транзистор 5, дроссель-6 насьщения. включенный своей -первичной обмоткой последовательно с диодом 3 нелинейной обратной связи между базовой и коллекторной цепями силового транзистора 5, диод 4, резистор 11 нагрузки и управляемое сопротивление, состоящее из полевого транзистора 8, в цепи затвора которого включен LC- фильтр на конденсаторе 9 и дросселе 10, и включенное между одним из выводов вторичной обмотки дросселя 6 и эмиттером силового транзистора 5, Автоматическое регулирование времени намагничивания сердечника дросселя 6 осуществляется путем изменения сопротивления сток-исток полевого транзистора 8 и таким образом скорости изменения тока, протекающего во вторичной обмотке дросселя 6. 1 ил. $ (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1443162 А1 (51)4 Н 03 К 17/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 4 24 9 3 5 7 / 24- 2 1 (2 2 ) 2 5 . 0 5 . 87 (4 6 ) 0 7 . 1 2 . 88 . Бн)л . N - 4 5 (7 2 ) Г . И е Дон ских (5 3 ) 6 2 1 . 3 82 (08 8 . 8 ) (5 6 ) Заявка ФР Г Ф 30 40 1 5 6, кл . Н 0 3 К 1 7 / 04, ИР У 1 9, 1 9 8 2 .

Авторское свидетельство СССР

11р 7 449 85, кл . Н 0 3 К 1 7 / 6 0, 1 9 80 . (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛН)Ч (57) Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения, где требуются высокие быстродействие и КПД, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей. Транзисторный ключ содержит трансформатор 1, силовой транзистор 5, дроссель.6 насыщения, включенный своей первичной обмоткой последовательно с диодом 3 нелинейной обратной связи между базовой и коллекторной цепями силового транзистора 5, диод 4, резистор 11 нагрузки и управляемое сопротивление, состоящее из полевого транзистора 8, в цепи затвора которого включен LCфильтр на конденсаторе 9 и дросселе

10, и включенное между одним из выводов вторичной обмотки дросселя 6 и змиттером силового транзистора 5.

Автоматическое регулирование времени намагничивания сердечника дросселя 6 осуществляется путем изменения сопротивления сток-исток полевого Я транзистора 8 и таким образом скорости изменения тока, протекающего во вторичной оемотке дросселя 6. I ил.

1443162

30

55

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к бесконтактным коммутирующим устройствам, и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения, где требуется высокое быстродействие коммутаторов и высокий КПД, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет управления временем насьццения в зависимости от частоты и длительности управляющего сигнала.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема транзисторного ключа.

Транзисторный ключ содержит согласующий трансформатор l, ограничительный резистор 2, диод 3 нелинейной обратной связи, диод 4, силовой транзистор 5, дроссель 6 насьпцения, управляемое сопротивление 7, выполненное на полевом транзисторе 8, и LCфильтр на конденсаторе 9 и.дросселе

10, резистор 11 нагрузки, шины источника 12 управляющих импульсов и источника 13 питания, причем первичная обмотка согласующего трансформатора подключена к источнику 12 управляющих импульсов. Один из концов вторичной обмотки подключен к вторым концам первичной и вторичной обмоток 14 и 15 дросселя насьпцения 6 и через базовый диод 4 к базе силового транзистора 5, коллектор которого через резистор ll нагрузки подключен к положительной шине источника 13 питания, а эмиттер к отрицательной шине источника 13 питания, к истоку полевого транзистора 8, через конденсатор 9 к его затвору, а также через ограничивающий резистор 2 к второму концу вторичной обмотки согласующего трансформатора 1, который через дроссель 10 подключен к затвору полевого транзистора 8, сток полевого транзистора подключен к первому. концу вторичной обмотки 15 дросселя 6 насыщения, а первый конец первичной обмотки 14 дросселя 6 насьпцения через диод 3 нелинейной обратной связи подключен к коллектору силового транзистора 5.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Предположим, что до момента времени t сердечник дросселя 6 насыщения за счет действия вторичной обмотки находится в размагниченном сос тоянии. В момент времени Со на вторичной обмотке согласующего трансформатора 1 появляется управляющее напряжение с амплитудой полярности, указанной на чертеже беэ скобок.Транзистор 5 начинает отпираться и через некоторое время задержки, величина которого определяется частотными свойствами транзистора, переходит в состояние глубокого насьпцения. С момента t начинается намагничивание сердечника дросселя 6 насыщения до состояния положительного насыщения (+ВБ), где ВБ — индукция насыщения материала сердечника дросселя 6 насыщения, через сопротивление сток-исток R с, открытого небольшим отрицательным смещением на затворе полевого транзистора 8.

Напряжение U,„ является выходным напряжением сглаживающего фильтра, образованного конденсатором 9 и дросселем 10, и предназначенным для выделения постоянной составляющей напряжения, падающего на ограничительном резисторе 2 и имеющего вид однополярных прямоугольных импуль сов э а сч ет протекания базового тока Т силового транзистора 5.

В момент времени t сердечник дросселя 6 насыщения насыщается, индуктивное сопротивление первичной обмотки 14 падает, диод 3 нелинейной обратной связи отпирается, и начинает действовать цепь нелинейной отрицательной обратной связи по току.

В результате действия отрицательной обратной связи ток базы транзистора

5 уменьшается, а рабочая точка транзистора оказывается в активной области на границе насьпцения,, В интервале времени t„ — t благодаря действию отрицательной обратной связи по току величина тока базы транзистора 5 автоматически поддерживается такой, что транзистор находится на границе активной области и области насьпцения.

В таком режиме схема находится до момента времени, когда на базе транзистора 5 появляется запирающее напряжение с полярностью, указанной на чертеже в скобках, Так как в результате действия обратной связи транзистор 5 к моменту tg находится на границе активного режима и режима насыщения, то при появлении запирающего сигнала уменьшение коллек3 144 торного тока начинается в тот же момент времени. Вследствие этого время выключения транзистора 5 уменьшается по сравнению с насыщенным режимом работы, в котором моменту качала снижения коллекторкого тока предшествует интервал рассасывания неосновных носителей.в базе.

После запиракия транзистора 5 сердечник дросселя 6 насыщения размагничивается из состояния +BS до нуля через открытый транзистор 8, В момент времени t3 напряжение между стоком и истоком полевого транзистора 8 становится равным нулю и он закрывается. С этого момента времени до прихода следующего отпирающего управляющего импульса сердечник дросселя 6 насыщения находится в размагниченном состоянии, между стоком и истоком полевого транзистора 8 приложено обратное напряжение, а энергия, записанная в сглаживающем фильтре (кокденсатор 9, дроссель 10), рассеивается на ограничительном резисторе 2, который в этом интервале времени играет роль разрядного сопротивления.

В данкой схеме присутствует зависимость между временем намагничивания сердечника дросселя насьпцения и длительностью импульсов управления силовым транзистором, что при работе устройства выглядит следующим образом.

При изменении длительности импульсов управления изменяется среднее значение падения напряжекия на резисторе 2, которое выделяется сглаживающим фильтром и поступает ка затвор полевого транзистора Я.

Так как полевой транзистор находится в активном режиме, что обусловлено соответствующим выбором соп.ротивления ограничительного резистора 2, то изменение напряжения ка его управляющем входе относительно истока изменяет величину тока стока транзистора, которая на интервале С вЂ” t, равна величине тока вторичной обмотки дросселя насыщения, а следовательно, и сопротивлению участка сток-исток полевого транзистора, которое через ток стока влияет на время намагничивания. Таким образом, в предлагаемом устройстве имеется возможность автоматически регулировать время намагничивания сердечника дрос316?

55 селя насыщения -в зависимости от длительности управляющих импульсов. Для того, чтобы предлагаемое устройство работало эффективно при любых длительностях импульсов управления на его входе, необходимо, чтобы длительность интервала времени t — С, равнялась бы длительности импульса за вычетом величины длительности интервала t, — t<, не зависящей от длительности импульсов. Тогда при любых С и намагничивание сердечника будет заканчиваться как раз за время

С, — С перед выключением силового тран . истора, и транзистор 5 всегда будет находиться на границе области насыщения перед приходом запирающего импульса, т.е. время рассасывания неосновных носителей в его базе будет практически отсутствовать, Для эффективной работы устройства должно выполняться несколько условий, исходя из которых также выбираются параметры управляемого сопротивления.

l. Во время закрытого состояния силового транзистора сердечник дросселя насыщения должен успеть раэмагкититься до куля. В противном случае во время действия следующего отпирающего имттульса сердечник дросселя насыщения насытится раньше, чем это требуется (время намагничивания t уменьшается), и положительные свойства предлагаемого транзисторного ключа утрачиваются.

2. Ток стока I, протекающий во вторичной обмотке дросселя. 6 насыще-. ния, после его насыщения должен бить гораздо меньше базового тока силового транзистора 5, т.е.

7 «Т<. Это необходимо для того, чтобы падение напряжения на ограничительном резисторе 2 из-за протекания этого тока не влияло бы на величину среднего значения напряжения ка резисторе 2 даже при минимальной длительности импульса, 3. Ток I протекающий во вторичной обмотке дросселя насыщения после

era насьпцения, должен быть больше, чем ток, необходимый для насьпцения сердечника. Это необходимо чтобы вообще можно было осуществить насыщение сердечника дросселя 6 насыщения °

При однозначно определенных параметрах управляемого сопротивления 7 и параметрах дросселя насыщения пред1443162

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Составитель Л,Багян

Редактор В,Бугренкова Техред Jl.Ñåðäþêîâà Корректор Л.Пилипенко

Заказ 6395/54 Тираж 929 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.пагаемое устройство может эффективно работать при изменении длительности импульсов управления на его входе от

N ми, no t „макс °

Наличие в схеме транзисторного ключа управляемого сопротивления 7 позволяет автоматически регулировать время намагничивания сердечника дросселя 6 насыщения при изменении длительности импульсов управления, При этом время рассасывания неосновных носителей в базе силового транзистора здесь практически отсутствует и за счет того, что перевод транзистора на границу режима насыщения производится непосредственно перед выключением силового транзистора, потери мощности на открытом ключе остаются такими же, как в известном устройстве.

Полезный результат, заключающийся в умен ьш ении пот ерь мощности, р а с сеиваемой на силовом транзисторе в открытом состоянии, получаемый в изве- 25

l стной схеме в определенном диапазоне длительностей импульсов управления при ручной регулировке переменного резистора в зависимости от длительности импульсов управления, достигается в устройстве при условии автоматической регулировки управляемого сопротивления, что и обуславливает расширение функциональных возможностей,,под которым понимается воз35 можность использования устройства в качестве регулирующего элемента в импульсных стабилизаторах постоянного напряжения или в инверторах различных преобразовательных устройств.

Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, эмиттер — коллекторный переход которого включен последовательно с шинами источника питания и резистором нагрузки, база через прямовключенный диод соединена с первыми выводами первичной и вторичной обмоток дросселя насыщения, второй вывод первичной обмотки дросселя насыщения через диод нелинейной обратной связи подключен к коллектору силового транзистора, согласующий трансформатор, первичная обмотка которorо подключена к шинам источника управляющих импульсов, вторичная обмотка первым выводом соединена с первым выводом ограничительного резистора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет управления временем насыщения в зависимости от частоты и длительности управляющего сигнала, введены полевой транзистор и LC-фильтр, причем исток полевого транзистора соединен с эмиттером силового транзистора, вторым выводом ограничительного резистора и через конденсатор LC-фильтра с затвором, который через дроссель LC-фильтра соединен с первым выводом вторичной обмотки согласующего трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом вторичной обмотки дросселя насыщения, второй вывод которой соединен со стоком полевого транзистора.