Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - повышение КПД. Силовой транзистор (СТ) 1 управляется трансформатором тока 2, причем как включающий, так и выключающий ток базы СТ 1 обеспечивается трансформатором 3. Первоначальный запуск СТ 1 происходит от сравнительно большого по величине пускового резистора, дальнейшее функционирование СТ 1 происходит за счет энергии, трансформируемой из трансформатора тока. Соответствующее включение элементов схемы дает возможность без значительных энергетических затрат обеспечить надежное включение СТ 1 при малых токах коллектора, когда трансформатор тока еще не может обеспечить достаточную трансформацию из-за конечной величины индуктивности его намагничивания. В схеме предусмотрена независимая регулировка параметров, необходимых для оптимизации энергетических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я1.! „„14801 12 А 1 (д1) 4 Н 03 К 17/60» Н 02 М 3/335

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ !

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4181639/24-07 (22) 26. 11.86 (46) 15,05. 89. Бюл. !1- 18 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) Б.С.Сергеев, Б.А.Солдатов и Г.Б.Солдатов (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство !!» 1181080 кл. Н 02 М 3/335, 1984. (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛ10Ч (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания.

Цель изобретения — повышение КПД. Си- ловой транзистор (СТ) управляется трансформатором тока, причем как включающий, так и выключающий ток базы СТ 1 обеспечивается трансформатором 3. Первоначальный запуск СТ 1 происходит от сравнительно большого по величине пускового резистора, дальнейшее функционирование СТ 1 происходит за счет энергии, трансформируемой из трансформатора тока, Соответствующее включение элементов схемы дает возможность без значительных энергетических затрат обеспечить надежное включение СТ 1 при малых токах коллектора, когда трансформатор тока еще не может обеспечить достаточную трансформацию из-за конечной величины индуктивности его намагнйчивания. В схеме предусмотрена независимая регулировка параметров, необходимых для оптимизации энергетических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

С:

1480112

Изобретение относится к электротехнике, а именно к транзисторным ключам, предназначенным для коммутации силовой нагрузки, например, индуктивного характера.

Цель изобретения — повышение КПД транзисторного ключа и повышение надежности его работы при любых величинах нагрузки — от минимальной до мак- 10 симальной.

На фиг.l приведена схема транзисторного ключа; на фиг.2 — выключаю-, щая цепь, пример выполнения.

Транзисторный ключ (фиг.l) содер- 15 жит силовой транзистор 1, в коллекторную цепь кЬторого включены первичная обмотка 2 трансформатора 3 тока, выходной трансформатор и источник питания Е,. Параллельно коллектору и 20

И эмиттеру транзистора 1 подключена демпфирующая цепь 4, служащая для формирования области безопасной работы этого транзистора. База силового транзистора соединена с эмиттером 25 включающего транзистора 5, через за— щитный диод 6 — с общим полюсом источника питания Е „и с концом выклю— чающей обмотки 7 трансформатора 3 тока, начало которой через выключающий 30 диод 8 подключено к коллектору выключающего транзистора 9, Коллектор .включающего транзистора 5 через пусковой резистор 10 соединен с потенциальным полюсом +F..„ источника питания и через диод ll с началом включающей обмотки 2 трансформатора 3 тока, конец которой подключен к эмиттеру выключающего транзистора 9, эмиттеру силового транзистора 1 и общему 40 полюсу источника питания Е „. К началу включающей обмотки 2 трансформатора 3 и эмиттеру транзистора 1 подключена цепь размагничивания трансформатора 3 тока, состоящая из резис- 45 тора 12 и диода 13. Коллектор включающего транзистора 5 соединен также с первым выводом последовательной

RC-цепи 14, состоящей из ограничивающего резистора 15 и накопительного конденсатора 16, второй вывод которой соединен с эмиттером транзистора

RC-цепь 14 может быть выполнена следующим оF1pазом (фиr 2).

Последовательно с резистором 15 и конденсатором 16 включена параллельная цепь, состоящая из двух ветвеи: диодов 17 и 18 и резисторов 19 и ?О, включенных между собой последователь»о.

Транзисторный ключ (фиг. 1) работает следующим образом.

Рассмотрим пусковой режим схемы при начальном включении напряжения

E Предположим, что до момента времени появления Ед на схему подаются импульсы синхронизации U ц „ и U „„„, После подачи Е „ начинает заряжаться конденсатор 16 цепи 14. Несмотря на то, что импульсы U > „ открывают включающий транзистор 5, напряжения на цепи 14 недостаточно для открывания силового транзистора 1 и на подхватывание положительной обратной связи обмоток трансформатора 3 тока..Величина пускового резистора 10 достаточно велика, чтобы не ухудшать в значительной степени энергетическую эффективность транзисторного ключа. По прошествии времени, определяемого постоянной времени цепи конденсатора

16 и резисторов 10 и 15, напряжение на конденсаторе 16, а следовательно, и на цепи 14 становится достаточным для открывания силового транзистора

1 при открытом включающем транзисторе 5. Конденсатор 16 начинает разряжаться.

Транзистор 1 входит в линейный оежим, и включается в действие положительная обратная связь трансформатора 3 тока. Транзистор 1 полностью открывается и входит в насыщение.

Далее он остается в этом положении в течение времени, пока открыт включающий транзистор 5.

После запирания транзистора 5 разряд конденсатора 16 цепи 14 прекращается. Транзистор 1 остается открытым и насыщенным в силу инерционности рассасывания избыточных зарядов иэ его полупроводниковой структуры.

Одновременно из-за появления сигнала

U,, включается выключающий транзистор 9, подключающий обмотку 7 к базе силового транзистора 1 и подающий в нее ток обратной полярности (рассасывающий ток) . Начинается этап рассасывания зарядов.

В это же время при условии, что число витков обмотки 7 больше числа витков обмотки 2, т.е. когда величина рассасывающего тока больше величины ранее существовавшего прямого тока (это выполняется на практике при использовании высоковольтных и дос! 480112 таточно инерционных транзисторов), конденсатор 16 цепи 14 начинает заря— жаться от обмотки 2, напряжение на нем начинает увеличиваться на этапе рассасывания зарядов., Ток заряда конденсатора 16 определяется соотношением чисел витков обмоток трансформатора 3 тока, а также ограничивается резистором 15 цепи 14. Ограничение тока заряда конденсатора 16 требуется для того, чтобы нормировать тдк, отбираемый от приведенного рассасывающего тока об— мотки (обратного тока базы транзисто- 15 ра 1) на заряд конденсатора 16. Уменьшение рассасывающего тока за счет

его ответвления в конденсатор 16 может быть скомпенсировано уменьшением числа витков обмотки 7, т.е. увеличением тока, протекающего по ней.

Несмотря на то, что время рассасывания зарядов достаточно мало по сравнению с длительностью периода переключения ключа, этого времени 25 вполне достаточно для заряда конденсатора 16 до требуемого напряжения, Необходимый подбор может быть осуществлен увеличением числа витков обмотки 2. Одновременно с зарядом ем- 30 кости от обмотки 7 осуществляется заряд конденсатора 16 через пусковой резистор 10.

По прошествии времени рассасывания заряд конденсатора 16 прекращает35 ся и до поступления импульса U > конденсатор 16 остается заряженным до своего амплитудного значения. Таким образом, к моменту прихода импульса U „ конденсатор 16, а следо- 4 вательно, и цепь 14 оказываются под большим напряжением, чем они были к началу времени появления импульса

Б „,„„ . Определенную, хотя и не определяющую роль играет и заряд конден- 45 сатора от пускового резистора 10.

После поступления импульса U,„ конденсатор 16 разряжается через открытый транзистор 5 в базу транзистора вызывая его форсированное отпирание. Величина тока базы транзистора

1 ограничивается и выбирается требуемой резистором 15 цепи 14.

Выбором величины резистора 15 и величины напряжения на цепи 14 можно достигнуть уверенного и надежного включения транзистора 1 в режиме прерывистых токов нагрузки, т.е. тогда, когда в начальный момент действия импульса U „„ток коллектора транзистора 1 еще не успел достигнуть величины, достаточной для подхватывания положительной обратной связи трансформатора 3 тока.

Следовательно, осуществляется уменьшение тока через пусковой резистор 10, так как энергия, необходимая для надежного открывания силового транзистора 1, в основном потребляется путем трансформации напряжения иэ первичной токовой цепи коллектора в цепь питания включающего транзистора.

Одновременно с этим, так как трансформация напряжения всегда более выгодна, чем преобразование его величины на активных резисторах, обеспечивается минимум потерь энергии схемы даже для увеличения длительности тока через включающий транзистор и его амплитуды.

Параллельные цепи 17,19 и 18,20, введенные в RC-цепь 14 (фиг.2), дают возможность обеспечивать независимую регулировку токов заряда конденсатора 16 (тока, отбираемого от рассасывающего тока базы транзистора 1) и разряда его (тока включения транзистора 1) для надежного подхватывания положительной обратной связи трансформатора 3. Этим достигается возможность для оптимизации временных и токовых характеристик схемы транзисторного ключа при его практической реализации при имеющихся ограничениях.

Следовательно, это позволяет путем независимой регулировки элементами 17-20 получить наиболее эффективные параметры транзисторного ключа при значительном диапазоне изменения тока нагрузки, технологических изменениях характеристик транзисторов, а также получить меньшие габариты трансформатора тока.

Таким образом, в схеме транзисторного ключа за счет трансформации энергии трансформатором тока из первичной цепи в цепь управления силовым транзистором достигается как повышение КПД, так и повышенная надежность работы транзисторного ключа в широком диапазоне токов нагрузки, включая режимы прерывистых и непрерывных токов нагрузки.

Включение RC-цепи (фиг.2) дает возможность также расширить функциональные возможности применения транзисторного ключа в более эффективных

I 480 I I?

Формулаизобретения!

1

I

L о

Составитель Н.Цишевская

Техред М. Хода«<ич

Редактор А..Пежнина

Корректор H.Ãóíüêî

Заказ 2557/55 Тираж 885 Подписное

311ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Произвол<.:т»<.ннo-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101.ië<. êтроннь<х устрой< т»ах автоматики, где требуется более высокое быстродействие, надежность и эффективность н условиях широкого изменения различных дестабилизирующих факторов, 5

I . Транзисторный ключ, содержащий 10 включающий и выключающий тра««эисторы и силовой транзистор, подключенный коллектором к выходному выводу через первичную обмотку трансформатора тока, вклкчающая обмотка которого .соединена началом через прямо включенный включающий диод с коллектором включающего транзистора, подключенным через пусковой резистор к потен— циальному полюсу источника питания, 20 конец включающей обмотки соединен с эмиттером силового транзистора и эмиттером выключающего транзистора, коллектор которого через обратно у включенны1«выключающий диоп соединен с началом выключающей обмотки трансформатора тока, концом соединенной с базой силового транзистора и эмиттером включаю«<«его транзистора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПЛ, в него введены включающая цепь, подключенная между коллектором включающего транзистора и эмиттером силового транзистора.

2. Ключ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что выключающая цепь выполнена из последовательно соединенных ограничительного резистора и накопительного конденсатора.

3. Ключ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что выключающая цепь выполнена из последовательно соединенных ограничительного резистора, накопительного конденсатора и двух цепочек из последовательно соединенных диода и резистора, подключенных встречно †параллель.