Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к бесконтактным коммутаторам для вторичных источников питания. Цель изобретения уменьшение рассеиваемой мощности .достигается за счет задержки нарастания на эмиттер-коллекторном переходе силового транзистора 1 напряжения на время, равное времени выхода его из насыщения при выключении. Транзисторный ключ содержит силовой и вспомогательный транзисторы 1 и 12, входной трансформатор 2, узел 22 гальванической развязки, узлы 7 и 11 задержки нарастания тока и напряжения, управ- - ляемый формирователь импульсов в виде одновибратора 18. В зависимости от тока нагрузки меняется длитель- . ность формируемых импульсов одновибратором 18, которые управляют вспомогательным транзистором, обеспечивающим задержку нарастания напряжения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. JS « (Л с ХЙ1 сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 03 К 17/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4184405/24-21 (22) 19.01.87 (46) 07 ° 01 ° 89, Вюл. М 1 (72) Л.Н.Морозов, Л.В.Демина, - С.И.Харин и А.В.Карелин (53) 621.382 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1091343, кл. H 03 К 17/60, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ы 1226590, кл. Н 02 М 3/335, 1984 (прототип), (54) тРАнзистоРный ключ (57) Изобретение относится к импульсной технике, в частности к бескон тактным коммутаторам для вторичных источников питания. Цель изобретенияуменьшение рассеиваемой мощности—

„„SU„„1450102 А1.достигается за счет задержки нарастания на эмиттер-коллекторном переходе силового транзистора 1 напряжейия на время, равное времени выхода его из насыщения при выключении. транзисторный ключ содержит силовой и вспомогательный транзисторы 1 и 12, входной трансформатор 2, узел 22 гальванической развязки, узлы 7 и 11 задержки нарастания тока и напряжения, управ- ляемый формирователь импульсов в виде одновибратора 18. В зависимости от тока нагрузки меняется длитель" ность формируемых импульсов одновибратором 18, которые управляют вспомогательным транзистором, обеспечивающим задержку нарастания напряжения.

1 s.ï.ô-лы, 2 ил.

14501

Изобретение относится к импульс-ной технике и предназначено для использования при коммутации значительных по величине токов, в частности в источниках вторичного электропита" б ния.

Цель изобретения — уменьшение расСеиваемой мощности.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема предложенного 10

1 ранзисторного ключа; на фиг.2 — вре" менные диаграммы сигналов, нллюстри1 ующие его работу.

Транзисторный ключ содержит сило1 ой транзистор 1, входной трансфоратор 2 с первичной, вторичной, лерой и второй дополнительными вторичыми обмотками 3-6 соответственно, узел 7 задержки нарастания тока с

1 росселем 8, токоограничительным ре- 20 истором 9 и демпфирующим диодом 10, узел 11 задержки нарастания напряже« ия с вспомогательным транзистором

12 и управляемым ключевым элементом

13 на транзисторе, зашунтированном братно включенным разделительным диОдом 14, выпрямитель 15, первый и второй сглаживающие, например конденСаторные, фильтры 16 и 17, управляемый формирователь импульсов в виде 30 одновибратора 18 на транзисторах 19 и 20 с дополнительным транзистором

21, узел 22 гальванической, например, оптронной развязки. Кроме того, имеются вывбды 23 и 24 для подключения источника управляющих импульсов и выводы 25 и 26.для подключения коммугируемой цепи, а также дополнительный реэистивный делитель 27 в одновибра" торе. 40

Коллектор силового транзистора 1 соединен с выводом 25, а эмиттер-базовый переход — с цепью вторичной обмотки 4 входного трансформатора 2, соединенного первичной обмоткой 3 с 45 выводами 23 и 24. Узел 7 задержки нарастания тока включен между эмиттером силового транзистора 1 и выводом 26, прй этом дроссель 8 зашунтирован последовательно соединенными токоограничительным резистором 9 и обратно включенным демпфирующим диодом 10. . миттер-коллекторный переход вспомо.гательного транзистора 12 включен параллельно эмиттер-коллекторному пе55

1>еходу силового транзистора 1, а эмит- тер-базовый переход чЕрез маломощный управляемый ключевой элемент 13 — с цепью первой дополнительной вторичной

02 2 обмотки 5 входного трансформатора 2.

Выпрямитель 15 и сглаживающий фильтр

16 подключены последовательно к дополнительной вторичной обмотке 6 входного трансформатора 2. Вход сглаживающего фильтра 17 соединен с выводами токоограничительного резистора 9.Шины питания одновибратора 18 подключены к выходным выводам сглаживающего фильтра 16, один из которых соединен с выводом 26, пусковой вход — к цепи второй дополнительной вторичной обмотки б входного трансформатора 2, управляющий вход - к выходу сглаживающего фильтра 17, а выход через узел 22 оптронной развязки — к управляющему входу управляемого ключевоro элемента 13.

В одновибраторе 18 в качестве резистивного времязадающего элемента использован эмиттер-коллекторный переход дополнительного транзистора 21 с проводимостью, противоположной проводимости основных транзисторов 19 и

20 ° При этом эмиттер-базовый переход дополнительного транзистора 21 соединен с цепью управляющего входа одновибратора 18 через дополнительный резистивный делитель 27.

Устройство работает следующим образом.

В процессе управления силовым транзистором 1 на обмотках 3-6 входного трансформатора 2 присутствуют прямоугольные импульсы Uq-Ue(фиг.2а}, длительность Г „ „ которых соответствует заданному времени открытого состояния транзисторного ключа. На интервале времени t<-t узел 7 задержки нарастания тока обеспечивает продолжение бестоковой паузы, благодаря чему исключаются потери мощности на силовом транзисторе 1 при его включении. Накопленная в дросселе 8 энергия отводится через токоограничительный резистор 9 и демпфирующий диод 10.

При этом на выходе сглаживающего фильтра 17 формируется постоянное напряжение» величина которого пропорцибнальна протекающему в коммутируемой цепи току 1, (фиг.2в).

Основные динамические потери мощ" ности для силового транзистора:1 относятся, к интервалу его выключения

t -t<, складывающемуся из времени спада тока 1, и времени рассасывания избыточных носителей в базе.. При отсутствии задержки нарастания напряжения П, на эмиттер-коллекторном пе1450102

Формула з реходе силового транзистора 1,(пунктирная линия, фиг.2в) последний рассеивает весьма значительную мощность, что предопределяет снижение KIIg ключа и увеличение габаритов теплоотвода.

Предложенное изобретение обеспечивает задержку нарастания напряжения

U, причем с четко выраженными границами, длительность, оптимальную для текущего токового режима силового транзистора 1.

По заднему фронту управляющего импульса, т.е. в момент времени йz осуществляется пуск одновибратора

18 с формированием импульса U» (фиг.2б). Время квазиустойчивого состояния одновибратора. 18, определяющее длительность Г „„р, (фиг.2б) открытого состояния вспрмогательного

20 транзистора 12, соответствует степени открытия транзистора 21, которая зависит от напряжения на выходе сглаживающего фильтра 17, пропорционального току i, 26

Количество избыточных носителей в базе силового транзистора 1 и время их рассасывания после его выключения обратно пропорциональны току

Точно такая же зависимость имеет место и между временем квазиустойчивого состояния одновибратора 18 и напряжения на выходе сглаживающего фильтра 17. Таким образом, вспомогательный транзистор 12, открываясь, шунтирует эмиттер-коллекторный переход силового транзистора 1 и обеспечивает задержку нарастания напряжения П„ на время 2 „ р.,, строго равное в каждом конкретном случае вре-. 40 мени рассасывания "Г„, избыточных носителей в базе силового транзисто1 ра 1. В результате практически исключаются потери мощности при выключении последнего. Кроме того, устра- 45 няется избыточность в длительности формируемой задержки, что позволяет раширить диапазон регулирования скваж"ности управляющих импульсов.

Преднамеренно вводимое отклонение (iy„p. ) времени открытого состояния . транзисторного ключа от заданного (ynp,,) в системах автоматического

Регулирования, например в импульсных стабилизирующих источниках питания, не имеет принципиального значения, поскольку отрабатывается по компенсационному методу.

4 изобретения

1, Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом коммутируемой цепи, эмиттер-базовый переход— с цепью первой вторичной обмотки входного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выводам источника управляющих импульсов, узел задержки нарастания тока, включенный между эмиттером силового транзистора и вторым выводом коммутируемой цепи, выполненный в виде дросселя, шунтированного последовательно соединенными токоограничительным резистором и обратно включенным диодом, узел задержки нарастания напряжения, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения рассеиваемой мощности, введены выпрямитель, два сглаживающих фильтра, управляемый формирователь импульсов в виде одновибратора, узел гальванической развязки и две дополнительные вторичные обмотки входного трансформатора, а узел задержки нарастания напряжения выполнен в виде вспомогательного транзистора и управляемого ключевого элемента, шунтированного обратно включенным разделительным диодом, причем эмиттер-кол.-" лекторный переход вспомогательного транзистора включен параллельно эмиттер-коллекторному переходу силового транзистора, эмиттер-базовый переход через управляемый ключевой элемент— с цепью первой дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, выпрямитель и первый сглаживающий фильтр соединены последовательно с выводами второй дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, вход второго сглаживакнцего фильтра соединен с выводами токоограничительного резистора, шины питания одновибратора подключены к выходным выводам первого сглаживающего фильтра, один из которых соединен с вторым выводом коммутируемой цепи, пусковой вход одновибратора подключен к цепи второй дополнительной вторичной обмотки входного трансформатора, управляющий вход — к выходу второго сглаживающего фильтра, а выход одно- вибратора через узел гальванической развязки — к управлякнцему входу управляемого ключевого элемента.

2. Ключ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что одновибратор

1450102

818Z

Составитель Л,Багян

Техред М.Дидык

Корректор О.Кравцова

Редактор Г.Волкова

Заказ 6975/54 Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 выполнен на двух транзисторах одного типа проводимости и третьем транэисоре другого типа проводимости, прием базовая цепь первого транзистора оединена с пусковым входом одновибРатора, коллекторная цепь второго транзистора — с выходом одновибратора, эмиттер-коллекторный переход третьего транзистора включен в базовую времязадающую цепь второго транзистора, а базовая цепь третьего транзистора через резистивный делитель соединена с управляющим входом одновибратора.