Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в транзисторных ключевых усилителях низкой частоты, в импульсных источниках электропитания, в преобразовательной технике и т.п. Транзисторный ключ содержит силовой ключевой элемент 5, резистор 4, источник 1 питания и двухтактный ключевой каскад 2, первая и вторая шины питания которого соединены соответственно с положительной и отрицательной шинами источника питания. За счет введения управляемого ключа 3, вход которого соединен с входом устройства, первый вывод - с положительной шиной источника питания, а второй вывод - С общим выводом силового ключевого элемента и через резистор с отрицательной шиной источника питания, а также за счет соединения выхода двухтактного ключевого каскада с выходом силового ключевого элемента обеспечивается повышение быстродействия транзисторного ключа в широком диапазоне изменения длительности входных импульсных сигналов,1 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 К 17/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф 3 4 фь.

В

i0О

M (21) 4918040/21 (22) 11,03.91 (46) 07.11.92. Бюл. М 41 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" (72) В.А, Александров, В,А. Галахов и

В.Л, Можейко (56) Кабелев А.В., Конев Ю.И, Силовой транзисторный ключ повышенного напряжения с размыканием эмиттера. Этва, 1986, вып.

17, с. 193, Артым А,Д. Усилители класса Д и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. М.: Связь, 1980, с. 165, рис. 5.30в, (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в транзисторных ключевых усилителях низкой частоты, в импульсных источниках электропитания, в преобразовательной тех», Ы . 1774482 Al нике и т.п. Транзисторный ключ содержит силовой ключевой элемент 5, резистор 4, источник 1 питания и двухтактный ключевой каскад 2, первая и вторая шины питания которого соединены соответственно с положительной и отрицательной шинами источника питания. 3а счет введения управляемого ключа 3, вход которого соединен с входом устройства, первый вывод — c положительной шиной источника питания, а второй вывод — с общим выводом силового ключевого элемента и через резистор с отрицательной шиной источника питания, а также за счет соединения выхода двухтактного ключевого каскада с выходом силового ключевого элемента обеспечивается повышение быстродействия транзисторного ключа в широком диапазоне изменения длительности входных импульсных сигналов, 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в транзисторных ключевых усилителях низкой частоты, в ймпульсных источниках электропитания, а также в преобразовательной технике и т.п.

Известны силовые клю:и, ключевым элементом которых является мощный Ьи, юлярный транзистор. Такой силовой транзисторный ключ содержит двухтактный ключевой каскад,,резистор, силовой ключевой элемент (СКЭ) и два источника положительного и отрицательного потенциала, общие шины которых соединены с общим выводом СКЗ. При этом вход двухтактного ключевого каскада является входом устройства, а его первая и вторая шины питания соединены с шинами соответственно полсжительного и отрицательного потенциала.

Использование дополнительного источника отрицательного потенциала для питания двухтактного ключевого каскада объясняется необходимостью подачи отрицательного напряжения между базой и эмиттером транзистора СКЗ для его эффективного запирания. Это связано с явлением накопления избыточного заряда в базе биполярного транзистора во время его открытого состояния, Для быстрого запирания транзистора необходимо этот заряд рассосаТь, что и достигается подачей отрицательного напряжения между его базой и зммитером, Существенным недостатком известных силовых транзисторных ключей является наличие дополнительного источника отрицательного потенциала, что значительно усложняет конструкцию устройства и повышает его стоимость, Данное обстоятельство наиболее существенно при использовании известных силовых ключей в двухтактных или мостовых ключевых усилителях, поскольку в таких схемах дополнительные источники питания каждого иэ силовых ключей должны быть гальванически развязаны.

Указанный недостаток устранен в силовом транзисторном ключе, принятом за прототип, поскольку он является наиболее близким к предлагаемому как по составу блоков и связей, так и по сущности. Устройство-прототип содержит источник питания (ИП), двухтактный ключевой каскад, конденсатор, резистор и СКЗ. При этом вход двухтактного ключевого каскада является входом устройства, его первая и вторая шины питания соединены соответственна с положительной и отрицательной шинами ИП, а выход через соединенные параллельно конденсатор и резистор — с входом СКЗ, общий вывод которого соединен с отрицательной шиной ИП, Устройство-прототип работает следующим образом. На вход двухтактного ключевого каскада поступает входной импульсный сигнал, в результате чего его выходные транзисторы поочередно открываются, подключая выход либо к положительному, либо нулевому потенциалу (относительно общего вывода СКЭ), При этом, когда на выходе двухтактного ключевого каскада потенциал положителен, через резистор на вход СКЗ протекает отпирающий ток, в результате чего он открывается.

При этом на резисторе происходит падение напряжения, до которого заряжается и конденсатор. При смене потенциала на выходе двухтактного ключевого каскада конденсатор своей положительно заряженной обкладкой подключается к нулевому потенциалу, в результате чего на входе СКЭ формируется импульс тока отрицательной полярности, ускоряющий рассасывание избыточного заряда, накопленного в базе СКЗ во время его открытого состояния.

Таким образом, в устройстве-прототипе достигается формированное запирание

СКЭ при использовании только одного ИП, что значительно упрощает его конструкцию и снижает стоимость по сравнению с известными силовыми транзисторными ключа4М.

Однако устройство-прототип обладает существенным недостатком: форсированное запирание СКЗ обеспечивается не во всем диапазоне изменения длительности входных отпирающих импульсов, Поскольку предельный выходной ток, который может обеспечить двухтактный выходной каскад, ограничен (он выбирается равным, с некоторым запасом, току, необходимо .:у для отпирания СКЗ), при коротких отпирающих импульсах конденсатор не успевает зарядиться, и при последующем запирании СКЗ форсированного запирания не происходит.

Для ускорения перезарядки конденсатора необходимо уменьшать его емкость либо увеличить выходной ток двухтактного ключевого каскада. Однако уменьшение емкости конденсатора приводит к уменьшению длительности запирающих импульсов и,соответственно к затягиванию времени запирания СКЗ при больших длительностях отпирающих импульсов. а увеличение выходного тока двухтактного ключевого каскада требует значительного усложнения устройства. Кроме того, данные меры не позволяют устранить указанный недостаток устройства-прото1ипа полностью, а лишь несколько сужают диапазон длительностей

1774482 отпирающих импульсов. при которых не обеспечивается форсированное запирание, Отсутствие форсированного запирания

СКЭ приводит к задержкам его выключения, поэтому при использовании силовых транзисторных ключей в ключевых усилителях низкой частоты, импульсных источниках питания и т.п. данный недостаток приводит к искажениям выходного сигнала и, кроме того, снижает их надежность, поскольку задержки выключения силовых ключей в двухтактных и мостовых схемах приводят к протеканию сквозных токов "транэистортранзистор".

Целью изобретения является повышение быстродействия силового транзисторчого ключа в широком диапазоне изменения длительности входных импульсных сигналов.

Цель достигается в устройстве, содержащем СКЗ, резистор, ИП и двухтактный ключевой каскад, вход которого является входом устройства, а его первая и вторая шины питания соединены соответственно с положительной и отрицательной шинами

ИП, за счет введения управляемого ключа, вход которого соединен с входом устройства, первый вывод соединен с положительной шиной ИП, а второй вывод — с общим выводом СКЭ и через резистор с отрицательной шиной ИП, при этом выход двухтактного ключевого каскада соединен с входом

СКЭ.

Введение перечисленных блоков и связей позволяет формировать на входе СКЗ запирающие импульсы тока отрицательной полярности во всем диапазоне изменения длительности отпирающих импульсов при использовании только одного ИП, Таким образом, поскольку предлагаемое устройство имеет отличия от прототипа, оно обладает новизной. Не известны технические решения s данной технике, в которых бы использовались введенные в предлагаемом устройстве отличительные признаки, обеспечивающие повышение быстродействия, Таким образом, отличительные признаки предлагаемого устройства следует считать существенными.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит ИП

1, двухтактный ключевой каскад 2, управляемый ключ 3, резистор 4, СКЗ 5, При этом вход двухтактного ключевого каскада 2 является входом устройства, его первая и вторая шины питания соединены соответственно с положительной и отрицательной шинами ИП 1, а выход — с входом

СКЗ 5. Вход уп рава яе юго кл юча 3 соединен

55 с входом устройства, первый вывод соединен с положительной шиной ИП 1, а второй вывод — с общим выводом СКЗ 5 и через резистор 4 с отрицательной шиной ИП 1, ИП 1 представляет собой стабилизированный или нестабилиэировгнный источник постоянного напряжения.

Двухтактный ключевой каскад 2 может быть собран по стандартной схеме на основе пары комплементарных биполярных (или полевых) транзисторов.

Управляемый ключ 3 может быть выполнен на основе биполярного (или полевого) транзистора.

СКЭ 5 представляет собой мощный биполярный ключевой транзистор.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При подаче на вход устройства импульса положительной полярности открывается верхний транзистор двухтактного ключевого каскада 2, управляемый ключ 3 закрывается и через база-эмиттерный переход СКЭ

5 и резистор 4 протекает ток, отпирающий

СКЭ 5. Величина отпирающеготока определяется сопротивлением резистора 4. При запирании силового ключа на вход двухтактного ключевого каскада 2 поступает нулевой потенциал, который о крывает его нижний транзистор и управляемый ключ

3. В результате этого ток через база-эмиттерный переход изменяет направление и начинает протекать через управляемый ключ 3, база-эмиттерный переход СКЗ 5 и нижний транзистор двухтактного ключевого каскада 2. В результате этого происходит рассасывание избыточного заряда, накопленного в бэзе СКЭ 5, причем запирающий импульс тока отрицательной полярности на входе СКЗ 5 действует все время, пока на вход устройства приходит нулевой (запирающий) потенциал.

Таким образом, в предлагаемом устройстве форсированное эапирание формируется во всем диапазоне изменения длительности импульсов на входе устройства при использовании только одного источника напряжения, Следовательно, в предлагаемом устройстве достигается цель — повышение быстродействия в широком диапазоне изменения длительности входных импульсных сигналов, Был изготовлен макет ключевого УНЧ мощностью 200 Вт, использующий предлагаемые силовые транзисторные ключи, который подтвердил их преимущества.

Формула изобретения

Транзис-.орный ключ, содержащий силовой ключевой элемент, резистор, источник питания и двухтактный ключевой

1774482

Составитель В. Александров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В, Петраш

Редактор

Заказ 3935 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 каскад, вход которого является входом устройства, à его первая и вторая шины питания соединены соответственно с положительной и отрицательной шинами . источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне изменения длительности входных импульсных сигналов, введен управляемый ключ, вход которого соединен с входом устройства, первый вывод соединен с положительной шиной источника питания, а второй вывод — с общим выводом силового ключевого эле5 мента и через резистор с отрицательной шиной источника питания, при этом выход двухтактного ключевого каскада соединен с входом силового ключевого элемента, 10