Транзисторный ключ

 

Транзисторный ключ предназначен для использования преимущественно в импульсных модуляторах, а также в преобразователях постоянного напряжения в постоянное . Транзисторный ключ содержит силовой транзистор 1, управляющие транзисторы 2, 3, основную транзисторную оптопару 4, форсирующие блоки 5, 6, стабилитрон 7, источники 8,9 питания и резисторы 10,11,12, 13. Введение датчика 16 тока, делителя 17 напряжения, а также дополнительной транзисторной оптопары.18 и транзисторов 19, 20 с соответствующими связями позволяет повысить надежность работы путем пропорционально-токового управления силовым транзистором и защиты при коротких замыканиях нагрузки.1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 К 17/60

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4898833/21 (22) 02.01.91 (46) 07.11.92. Бюл, М 41 (71) Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" (72) В.С. Уманский (56) Авторское свидетельство СССР

М 1320889, кл. Н 03 К 17/60, 1985.

Авторское свидетельство СССР

tk 1670088, кл. Н 03 К 17/60, 1989. (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (57) Транзисторный ключ предназначен для использования преимущественно в импульсных модуляторах, а также в преобразова. Ж, „1774485 Al телях постоянного напряжения в постоянное. Транзисторный ключ содержит силовой транзистор 1, управляющие транзисторы 2, 3, основную транзисторную оптопару 4, форсирующие блоки 5, 6, стабилитрон 7, источники 8, 9 питания и резисторы 10, 11, 12, 13. Введение датчика 16 тока, делителя 17 напряжения, а также дополнительной трэнзисторной оптопары 18 и транзисторов 19, 20 с соответствующими связями позволяет повысить надежность работы путем пропорционально-токового управления силовым транзистором и защиты при коротких замыканиях нагрузки. 1 ил.

1774485

20

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано преимущественно в импульсных модуляторах, а также в преобразователях постоянного напряжения в постоянное, Описан транзисторный ключ, который содержит силовой транзистор типа п-р-п, первый и второй управляющие транзисторы типов р-и-р и и-р-и и основную транзисторную оптопару. Имеются первая и вторая па-. раллельные RC-цепочки, стабилитрон, первый и второй источники питания и четыре резистора. При этом источники питания включены последовательно и согласно, а точка их соединения подключена к эмиттеру силового транзистора. Его коллектор присоединен к первому силовому выводу ключа, а база через первую параллельнуюЯС-цепочку подключена к точке соединения коллекторов первого и второго управляющих транзисторов. Эмиттер первого управляющего транзистора типа р-и-р соединен непосредственно с положительным полюсом первого источника питания и через первый и второй резисторы с базами первого и второго управляющих транзисторов соответственно. База второго управляющего транзистора через стабилитрон соединена с отрицательным полюсом второго источника питания, к которому через третий и четвертый резисторы присоединены соответственно точка соединения эмиттера фототранзистора с эмиттером второго управляющего транзистора и база фототранзистора, Коллектор последнего через вторую параллельную RC-цепочку соединен с базой первого управляющего транзистора типа р-и-р. Светодиод оптопары соединен с входом управления ключа, В транзисторном ключе не предусмотрено пропорционально-токовое управление для силового транзистора, что может привести к его отказу в пусковом режиме при болььших кратностях (бросках) тока нагрузки. Кроме того, не предусмотрена защита при коротком замыкании нагрузки. Все это снижает надежность.

Целью изобретения является повышение надежности.

Сущность изобретения состоит в том, что транзисторный ключ аналогично устройству, описанному в авт. св, hh 1676088, содержит силовой транзистор типа п-р-п, первый управляющий транзистор типа р-ир, второй управляющий транзистор типа ир-fl, основную транзисторную оптопару, первую и вторую параллельные RC-цепочки, стабилитрон, первый и второй источники питания, а также первый, второй, третий и четвертый резисторы, При этом источники

55 питания включены последовательно и согласно, а точка их соединения подключена к эмиттеру силового транзистора. Его коллектор присоединен к первому силовому выводу ключа, а база через первую параллельную RC-цепочку подключена к точке соединения коллекторов первого и второго управляющих транзисторов, Эмиттер первого. управляющего транзистора соединен непосредственно с положительным полюсом первого источника питания и через первый и второй резисторы с базами первого и второго управляющих транзисторов соответственно. База второго управляющего транзистора и-р-п через стабилитрон соединена с отрицательным полюсом второго источника питания, к которому через третий и четвертый резисторы присоединены соответственно точка соединения эмиттера фототранзистора с эмиттером второго управляющего транзистора и база фототранзистора, Коллектор последнего через вторую параллельную RC-цепочку соединен с базой первого управляющего транзистора. Светодиод оптопары соединен с входом управления ключа, B транзисторный ключ введены датчик тока, делитель напряжения, а также дополнительные транзисторная оптопара, первый и второй транзисторы типа п-р-п, При этом фототранзистор дополнительной оптопары включен параллельно второй параллельной RC-цепочке, а светодиод подключен к выходу датчика тока, вход которого включен между эмиттером силового транзистора и вторым силовым выводом ключа. Делитель напряжения входом присоединен между эмиттером и коллектором силового транзистора. Выход делителя напряжения подключен к базе первого дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором второго дополнительного транзистора. Его база связана с выходом датчика тока, а эмиттер соединен с вторым силовым выводом ключа, При этом коллектор первого дополнительного транзистора соединен с базой фототранэистора основной оптопары.

Благодаря введению в транзисторный ключ датчика тока, делителя напряжения, дополнительных транзисторной оптопары и двух транзисторов типа и-р-и с указанными выше связями достигается пропорционально-токовое управление силовым транзистором. Этим обеспечивается постоянство степени его насыщения в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Кроме того, при коротком замыкании нагрузки обеспечивается защита транзисторного ключа путем запирания силового транзисто1774485

20

30

40

50

55 ра, В совокупности таким путем достигается повышение надежности.

Признаков, сходных с отличительными признаками предлагаемого технического решения, в иных известных технических решениях не обнаружено. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенн ыми отличиями.

На чертеже показана принципиальная электрическая схема предлагаемого транзисторного ключа.

Предлагаемый транзисторный ключ содержит силовой транзистор 1 типа п-р-п, первый управляющий транзистор 2 типа рп-р, второй управляющий транзистор 3 типа п-р-п, основную транзисторную оптопару 4, первую 5 и вторую 6 параллельные RC-цепочки, стабилитрон 7, первый 8 и второй 9 источники питания, а также первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы и первый 14, второй 15 силовые выводы, В транзисторный ключ введены датчик

16 тока, например, в виде потенциометра, делитель 17 напряжения, а также дополнительные транзисторная оптопара 18, первый 19 и второй 20 транзисторы, При этом источники 8, 9 питания включены последовательно и согласно, а точка их соединения подключена к змиттеру силового транзистора 1 типа п-р-п, коллектор которого присоединен к первому силовому выводу 14 ключа, а база через первую RCцепочку 5 подключена к точке соединения коллекторов первого 2 и второго 3 управляющих транзисторов, Эмиттер транзистора 2 типа р-и-р соединен непосредственно с положительным полюсом источника 8 и через первый 10 и второй 11 резисторы с базами транзисторов 2 и 3 типов р-и-р и и-р-и соответственно. База транзистора 3 типа и-р-и через стабилитрон 7 соединена с отрицательным полюсом источника 9, к которому через третий 12 и четвертый 13 резисторы присоединены соответственно точка соединения эмиттера фототранзистора в оптопэре 4 с змиттером транзистора 3 и база фототранзистора. Коллектор фототранзистора через RC-цепочку 6 соединен с базой транзистора 2, Светодиод оптопары 4 соединен с входом управления ключа. Фототранзистор дополнительной оптопары 18 включен параллельно второй RC-цепочке 6, а светодиод оптопары 18 подключен к выходу датчика 16 тока, вход которого включен между змиттером транзистора 1 и вторым силовым выводом 15 ключа, Делитель 17 напряжения входом присоединен между змиттером и коллектором силового транзистора 1. Выход делителя 17 подключен к базе дополнительного транзистора 19, эмиттер которого соединен с коллектором дополнител ного транзистора 20, Его база связана с выходом датчика 16, например с движком потенциометра, а эмиттер соединен с вторым силовым выводом 15 ключа.

Коллектор транзистора 19 соединен с базой фототранзистора основной оптопары 4, Предлагаемый транзисторный ключ работает следующим образом.

Если ток управления lótp через светодиод оптопары 4 не протекает, то светодиод не излучает света. Поэтому фототранзистор и транзистор 2 оказываются запертыми. От источнйков 8 и 9 через резистор 11 и стабилитрон 7 при этом протекает ток, благодаря чему транзистор 3 отпирается и через него, э также резистор 12, RC-цепочку 5 и резистор 21 к база-эмиттерному переходу силового транзистора 1 от источника 9 прикладывается запирающее напряжение отрицательной полярности. В результате через транзистор 1, датчик 16 тока и внешнюю нагрузку, подключенную к силовым выводам 14, 15, ток не протекает..Падение напряжения на датчике 16 тока равно нулю, поэтому транзистор 20 заперт, светодиод в оптопаре 18 не излучает света и фототранзистор в оптопаре 18 также заперт, На коллекторе транзистора 1 и на делителе 17 в этих условиях существует напряжение положительной полярности, поступающее иэ цепи внешней нагрузки. Часть этого напряжения поступает на базу транзистора

19, обеспечивая его отпирание. Однако база фототранэистора в оптопаре 4 остается незашунтированной, так как транзистор 20, . включенный в ее цепь последовательно с транзистором 19, заперт.

При подаче тока управления ly

Протекание тока нагрузки через насыщенный транзистор 1 и датчик 16 тока вызывает свечение светодиода в оптопаре 18, интенсивность свечения примерно пропорциональна току нагрузки, Поэтому ток через фототранзистор оптопары 18, включенный параллельно RC-цепочке 6 и протекающий через базу транзистора 2, изменяется тоже примерно пропорционально току нагрузки, В результате ток базы силового транзистора

1, равный току коллектора транзистора 2, изменяется пропорционально величине тока нагрузки (т.н, пропорционально-токовое управление). Этим достигается автоматическая стабилизация режима насыщения силового транзистора, предотвращающая, например, его отказы в пусковых режимах, когда ток нагрузки кратковременно превышает номинал, Если при этом ток нагрузки не превышает максимально допустимого для транзисторара 1 значения, то падение напряжения на отводе 22 датчика 16 тока (т.е. на движке потенциометра) оказывается недостаточным для отпирания транзистора 20. Как уже отмечалось выше, транзистор 19 заперт, поэтому в этих условиях цепь базы фототранзистора в оптопаре 4 остается незашунтированной. Транзисторы 19, 20 не влияют, таким образом, на работу ключа, При аварийном коротком замыкании внешней нагрузки к коллектору транзистора 1 прикладывается полное напряжение из цепи нагрузки, что вызывает возрастание напряжения на выходе делителя 17 и насыщение транзистора 19, Ток через датчик 16 возрастает настолько, что падение напряжения на отводе 22 становится достаточным для насыщения транзистора 20, В результате база фототранзистора в оптопаре 4 оказывается зашунтированной через включенные последовательно и насыщенные транзисторы 19, 20. Как следствие, запирается транзистор 2, транзистор .3 отпирается, а на базу силового транзистора

1 падается через форсирующую цепочку 5 и транзистор 3 запирающее отрицательное напряжение от источника 9.

Форсированное запирание силового транзистора при аварийном коротком замыкании нагрузки обеспечивает повышение надежности.

Итак, положительный технический эффект от использования предлагаемого усо10

55 вершенствованного транзисторного ключа состоит в том, что стабилизируется режим насыщения силового транзистора при пусковых режимах с увеличенной кратностью тока нагрузки. Кроме того, обеспечивается запирание силового транзистора при коротком замыкании нагрузки. В целом таким путем достигается повышение надежности, Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий силовой и первый управляющий транзисторы одного типа проводимости, второй управляющий транзистор другого типа проводимости, транзисторную оптопару, первый, второй, третий и четвертый резисторы, блок формирования, эмиттер и коллектор силового транзистора подключены соответственно к общей и выходной шинам, база силового транзистора через первый резистор соединена с коллекторами первого и второго управляющих транзисторов, эмиттер второго управляющего транзистора подключен к первой шине питания и первым выводам второго и третьего резисторов, второй вывод второго резистора соединен с базой второго управляющего транзистора и первым выводом блока форсирования, второй вывод третьего резистора подключен к базе первого управляющего транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттером фототранзистора оптопары, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены датчик тока, делитель напряжения, а также дополнительная транзисторная оптопара, первый и второй дополнительные транзисторы проводимости силового транзистора, причем фототранзистор дополнительной оптопары включен гараллельно блоку форсирования, а светодиод подключен к выходу датчика тока, вход которого включен между эмиттером силового транзистора и вторым силовым выводом ключа, делитель напряжения входом присоединен между эмиттером и коллектором силового транзистора, выход делителя напряжения подключен к базе первого дополнительного транзистора, эмиттер которого соединен с коллектором второго дополнительного транзистора, база которого соединена с выходом датчика тока, а эмиттер соединен с вторым силовым выводом ключа, при этом коллектор первого дополнительного транзистора соединен с базой фототранзистора основной оптопары,