Электронный транзисторный ключ

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении ключевых преобразователей напряжения . Устройство содержит ключевой транзистор 1. резисторы 2, 3, дроссель 5, диод 4. нагрузку 12, блок 6 управления, который выполнен на транзисторе 7 и транс форматоре 8. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 К 17/60 - )

11 ЗГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4835030/21 .(22) 04.06.90 (46) 07.07.92, Бюл. N. 25 (71) Нижегородский научно-исследовательский институт радиосвязи (72) С.Ю,Панфилов и И,В.Полетаев (53) 621,382 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1398079, кл. Н 03 К 17/60, 1986.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1422388, кл. H 03 К 17/60. 1987.

„, .Ж„„1746527 А1 (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ

КЛЮЧ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении ключевых преобразователей напряжения. Устройство содержит ключевой транзистор 1. резисторы.2, 3, дроссель 5, диод 4, нагрузку 12, блок 6 управления. который выполнен на транзисторе 7 и трансформаторе 8. 2 ил.

1746527

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении ключевых преобразователей напряжения, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электронный транзисторный ключ, содержащий блок управления с трансформаторным выходом, ключевой транзистор,1окозадающий резистор, первый диод, фиксирующий диод, обратный диод, накопительный дроссель-трансформатор и два резистора, причем анод обратного диода подключен к базе ключевого транзистора, первый вывод токозадающего резистора соединен с пер, вым выходом блока управления, а второй вывод — с анодом фиксирующего диоде, коллектор ключевого транзистора через нагрузку соединен с первой шиной питания, е эмиттер — с второй шиной питания и вжрым выходом блока управления, первичная обмотка накопительного дросселя-трансформатора включена между катодом фиксирующего диода и коллектором клечевого транзистора, э его вторичная обмотка подключена к база-эмиттерному переходу ключевого транзистора через гюследовательно соединенные первый диод и первый резистор, второй резистор включен между анодом фиксирующего диода и базой клюuesoro транзистора, катод ббратного диода соединен с первым выходом блока управления.

Одним из недостатков указанного устройства является невысокие удельные массо-габаритные показатели вследствие использования большого числа элементов, а также наличие дросселя-трансформатора, имеющего большие габариты для обеспечения надежной гальванической развязки высоковольтной коллекторной и низковольтной базовой цепей ключевого транзистора, особенно при построении ключевых преобразователей напряжения промышленных сетей(220-380 В). Кроме того, описанный электронный транзисторный ключ имеет низкий КПД из-за наличия токоограничительных цепей запаса энергии в дросселе. Другим недостатком устройства являются невысокие частоты преобразования. особенно при высоком напряжении на шинах питания; ограничиваемые частотными свойствами фиксирующего диода, кото. рый имеет наибоЛьшее значение рабочего напряжения из всех элементов схемы, определяемоЕ суммой рабочего. напряжения коллектор-эмиттер ключевого транзистора и реакций дросселя-трансформатора при его размагничивании по вторичной цепи в интервалы времени выключенного ключевого транзистора. Это объясняется тем, что частотные свойства и рабочее напряжение являются взаимопротиворечивыми параметрами для полупроводниковых при5 боров. К тому же на транзисторе блока управления и база-эмиттерном переходе ключевого транзистора возможны перенапряжения из-за отсутствия цепи размагничивания сердечника трансформатора.

10 При выключенном транзисторе блока управления энергия, накопленная в сердечнике трансформатора, может передаваться только по цепи змиттер-база ключевого транзистора — параллельная цепь из диода и

18 резисторов. При полном рассэсывании основных носителей база-эмиттерного перехода ключевого транзистора цепь прерывается. Перенапряжение может быть еще больше, если дроссель к этому моменту

20 полностью не размагнитился, поскольку энергия, накопленная в нем, может =рассеяться по цепи диод — резистор — вторичная обмотка трансформатора блока управления — резисторы, или по цепи — диод — на28- грузка — шины питания — вторичная обмотка трансформатора блока управления — резистор, что снижает нвдежность электронного транзисторного ключа.

Цель изобретения — повышение КПД, ЗО йедвжности и упрощение, На Фиг. 1 поиведена схема электронного транзисторного ключа; на фиг. 2-диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу устройства.

35 Электронный транзисторный клю:. содержит ключевой транзистор 1, резисторы 2 и 3. Диод 4. дроссель 5. блок 6 управления, включающий транзистор 7 и трансформатор

3, первичная обмотка которого включена

40 между первым питающим входом 9 блока 6 упрэвлвния и коллектором транзистора 7, а выводы вторичной обмотки подключены х первому и второму выходам блока управления, эмиттер транзистора.7 соединен с вто45 рым питающим входом 10 блока 6 управления, первый ьывод резистора 2 соединен с первым выходом блока управления, первый вьи од резистора 3 соединен с вторым выходом блока управления, змиттером

50 ключевого транзистора 1 и первой шиной 11 питания, коллектор ключевого транзистора

1 через нагрузку 12 соединен с второй шиной 13 питания,-анод диода 4 соединен с первым питающим входом 9 блока 6 управ55 ления, а катод через дроссель 5 — с третьим выходом блока 6 управления, с которым соединен коллектор транзистора 7 блока управленияя.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 14 — напряжение на базе транзистора

1746527

30

40

7; 15- напряжение коллектор-эмиттер транзистора 7; 16- ток через дроссель 5; 17- ток намагничивания сердечника трансформатора 8, приведенный. к первичной обмотке;

18 — напряжение на вторичной обмотке трансформатора 8; 19 — ток, протекающий:

bio первичной обмотке трансформатора 8;

20- ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора 8; Uynp — амплитуда напряжения управляющего сигнала на базе транзистора 7;.Окэтмакс — максимальное на. пряжение коллектор-эмиттер транзистора

7; Ua<> — напряжение вспомогательного источника, питающего блок 6 управления (выводы 9 и 10); 1др.макс, 1,имакс — максимальные значения тока, протекающего через дроссель 5 и тока намагничивания (тока холостого хода);. nz> = 1/па — коэффициент трансформации, равный отношению чисел витков вторичной и первичной обмоток трансформатора 8, Rz, йз — активное сопротивление соответственно резисторов 2 и 3.

Сущность изобретения состоит в том, что за счет исключения база-коллекторной связи и формирования выключающего им пульса тока ключевого транзистора через первичную обмотку трансформатора блока управления обеспечивается повышение

КПД и надежности при общем упроЩении схемы электронного транзисторного ключа, Электронный транзисторный ключ работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии транзисторы 1 и 7 закрыты, В момент времени to (фиг.

2) на базу. транзистора 7 блока 6 управления подается отпирающий импульс напряжения, Транзистор 7 открывается и к первичной обмотке трансформатора 8 блока 6 управления прикладывается напряжение, равное напряжению вспомогательного источника U n. При этом на вторичной обмотке наводится ЭДС и через база-эмиттерный переход ключевого транзистора 1 протекает . прямой ток, в основном определяемый сопротивлением резистора 2.

Транзистор 1 переходит в состояние высокой проводимости (открытое состояние).

В интервал времени включенного транзистора 7 tp — t> происходит накопление энергии в дросселе 5 за счет тока, протекающего по цепи диод 4 — дроссель 5 — транзистор 7, К моменту времени t> ток в дросселе и ток намагничивания сердечника трансформатора достигает максимальных значений соответственно 1др.макс и (кмакс.

В момент времени t< транзистор 7 за-. крывается и ток намагничивания трансформатора 81 начинает протекать по цепи: второй выход блока 6 управления — параллельная цепь, образованная резистором 3 и база-эмиттерным переходом ключевого транзистора 1 — резистор 2 — первый выход блока 6 управления. Кроме, того, ток, накопленный в дросселе 51др эа время включенного транзистора 7, начинает протекать по цепи диод 4- дроссель 5- первичная обмотка трансформатора 8, наводя при этом ток во вторичной обмотке трансформатора 8, который протекает по той же цепи и в том же направлении, что u ip . Под действием этих токов формируется обратимое напряжение необходимой величины для форсированного выключения ключевого транзистора.

В момент времени tz ток дросселя 51д1 и ток намагничивания 1р трансформатора 8 спадает до нуля, т. . сердечники трансформатора и дросселя полностью размагничиваютсяя.

С момента времени Т-процессы повторяются аналогично описанным;

В предлагаемом транзисторном ключе цепи передачи энергии.для включения ключевого транзистора и накопления энергии для его форсированного выключения разделены. Это позволяет сформировать управляющий сигнал ключевого транзистора с высокой крутизной нарастанию эа счет использования энергии, перадаввемой трансформатором 8 только для включения ключевого транзистора 1. Кроме того, процесс накопленив энергии в дросселе 5 не оказывает влияния нв включающий сигнал, Величина выключающего тока подбирается значением индуктивности дросселя 5

В предлагаемом ключе повышен КПД за счет исключения токоограничивающего резистора в цепях накопления энергии в дросселе и передачи энергии для включения ключевого транзистора 1. Кроме того, за счет шунтирования база-змиттерного перехода ключевого транзистора 1 резистором 3 исключены перенапряжения на указанном переходе и на переходе коллектор-эмиттер транзистора 7 блока 6 управления. .Организация цепи накопления энергии в дросселе 5 от вспомогательного источника позволила упростить схему, т.е. сократить количество необходимых элементов, уменьшить обратное напряжение на последовательно включенном с дросселем 5 диоде 4 до величины, близкой нулю, выполнить дроссель однообмоточным.

Формула изобретения

Электронный транзисторный ключ, содержащий ключевой транзистор, первый и второй резисторы, дроссель, диод, блок управления, включающий транзистор и трансформатор, первичная обмотка которого

1746527 тлж с,юлм,гс) «4 ) ф

4ммякс ф мякс ICE Ctf

Составитель С. Панфилов

Техред М.Моргентал Корректор О. Ципле

Редактор Н. Яцола

Заказ 2403 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 включена между первым питающим входом блока управления и коллектором транзистора, вторичная обмотка включена между пер-. вым и вторым выходами блока управления, эмиттер транзистора соединен с вторым питающим входом блока управления, причем первый вывод первого резистора соединен с первым выходом блока. управления,-первый вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока управления, с первой шиной питания и эмиттером ключевого транзистора, коллектор которого через нагруэку соединен с второй шиной питания, катод диода соединен с первым выводом дросселя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, надежности и упрощения, блок управления снабжен третьим выходом, который подключен к коллектору транзистора блока управления и второму выводу дросселя, анод диода подключен к первому питающему входу блока.управле1р ния, а вторые выводы первого и второго резисторов соединены с базой ключевого транзистора.