Устройство управления транзисторным ключом

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники, автоматики, вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит три транзистора 1,8 и 12, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6, 7 и 16, пять диодов 4, ТО, 13, 15 и 17, резистор 9, конденсатор 5, дроссель 14, блок 11 управления. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.М00о^514Ь^^<у^/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК

1780174 А1 (я)5 Н 03 К 17/60

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851812/21 (22) 17.07.90 (46) 07.12.92. Бюл. N . 45 (71) Научно-исследовательский институт а втоматики и приборостроения (72) К, Д, Полозов и В, А. Ежов (56) Электронная техника в автоматике /под ред. Ю. И. Конева. М„ Радио и связь, 1985, вып. 16, с. 87, рис. 3.13.

Патент США М 4339671, кл. Н 02 M 1/08, 1982. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники, автоматики, вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит три транзистора 1,8 и 12, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6, 7 и 16, пять диодов 4, 10, 13, 15 и 17, резистор 9, конденсатор 5, дроссель 14, блок 11 управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1780174

10

2IO

Изобретение относится к электротех.41: ке и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники, автоматики, вычислителы1ай техники.

Известно устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную об14отку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, 3 база соединена черездиод, шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу транзистора управления, второй силовой вывод ко I upo!o подсоединен к первому входному выводу, а управляющий вход к выходу блока управления.

Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная надежность транзисторного ключа вследствие выделения большей импульсной мощности на каллектарном переходе при включении выходного транзистора. Это обусловлено тем, чта включение выходного транзистсра происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора, Величина указанной энергии пропорциональна току, протека1ащему ..срез токоограничив31ащий резистор в цепи обмотки управления, который p33eI! току намагничивания трансформатора тока и не может быть выбран достаточно большим.

Известна также устройство управле1 ил транзисторным ключам, содержащее выходной транзистор, коллектор которага соединен через первич11ую >бматку трансформатора тока с первым выхадн1,11. выводам, эмиттер падкл1а le!i к второму выходному выводу, 3 база coe+LIIIBII3 через диод, шунтированный конденсаторам. с вторичной обмоткой трансформатора TOl:3, первый вывод обмотки управления ка Оран падкл1ачен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого подкл1очен к первому входному выводу, а управляющий вход к выходу блока управления, второй ранзистор управления, резистор, вкл1аченный между вторым входным выводом и 1> гарым выводом ооматки управления Tp314ñôop113тора тока.

Недостатком известного устройства IIBляется низкая эксп Ió3T3öèoíí3ÿ наде>к ность транзисторного ключа вследствие выделение большой импульсной мощ11ости на коллекторном переходе при включении выходного транзистора, Это обусловлено тем, что включение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора. Величина этой энергии прог1арциональна току намагничивания обмотки управления, который не может быть сделан достаточно большим, так как ограничен индуктивнастью этой обмотки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора така с первым выходным выводом, эмиттер

11адключен к второму выходному выводу. база-эмиттерный переход соединен через диод, шунтированный ко11денсаторам, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которого падкл1Ьчен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого присоединен к первому вход Ioìó выводу и упра вля 1ощий вход — к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор., включенный между вторым входным выBQдам и вторым выводом обмотки управления трансформатора така, соединенным через первый диод с первым входным выводом, второй диОд, Недостатки прототипа заключаются в низкаA эксплуатационной надежности транзисторного ключа вследствие выделения значительной импульсной мощности на коллектор11ам переходе в момент включения выходного транзистора. Эта обуславле-!

Io тем, чта включение выходного транзистора происходит за счет энергии, Il3KolIAevIIol1 в обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора, Величина этой энер1ии пропорциональна току намагничивьч1ия обмотки управления, который не мо>кет быть сделан достаточно большим, так !

43K ограничен большой индуктивнастью эгай обмотки.

Цель изобретения — повышение эксплуатационнойОй надежности транзисторного кл1ача путем снижения величины импульс11ай мощности Н3 коллекторном переходе при вкл1о1ении выходного транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройства управления транзисторным кл ачом, садер>кащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а база-эмиттерный перехад присоединен через диод, шунтиро1780174 ванный конденсатором, к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого присоединен к первому входному выводу, а вход управления — к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым

10 выводом первой обмотки управления трансформатора тока, вторую обмотку управления, первый и второй диоды, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми слловыми выводами первого и второго транзисторов управления, при этом первый диод включен параллельно первому резистору, второй диод включен между первым входным выводом и первым выводом второй обмотки управления трансформатора тока, второй вывод которой подключен к второму выводу первой обмотки управления, а четвертый

25 диод включен между первым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управления, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, а второй силовой вывод

30 — к второму входному выводу.

Кроме того, при применении в бгоке управления управляющего элемента в виде управления соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной

40 вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с вторым выходом блока управления.

Одновременно выходной транзистор может быть включен по схеме с общей ба45 зой, то есть связь эмиттера с вторым выходным выводом осуществлена через вторичную обмотку трансформатора тока.

На фиг, 1 приведена электрическая схема устройства управления транзисторным ключом; на фиг. 2 — пример выполнения блока управления; на фиг, 3 — диаграмма токов и напряжений на элементах устройства.

Устройство управления транзисторным

50 ключом содержит выходной транзистор 1, коллектор которого соединен через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока с первым выходным выводом. Базо-эмиттерный переход выходного транзистора 1 соединен через диод 4, шунтированный конденсатомикросхемы с двумя выходными транзисторами, переключающимися синхронно слнфазно, первый выходной вывод элемента 35 ром 5, с вторичной обмоткой 6 трансформатора 3 тока, первая обмотка 7 управления которого включена последовательно с первым транзистором 8 управления и первым резистором 9, шунтированным первым диодом 10, между входными выводами, подключенными к входу питания блока 11 управления, первый и второй выходные выводы которого подключены к входам управления соответственно первого 8 и второго

12 транзисторов управления, первые силовые выводы которых соединены через последовательно соединенные третий диод 13 и дроссель 14. Второй диод 15 включен последовательно с второй обмоткой 16 управления трансформатора 3 тока между первь.M входным выводом и точкой соединения первой обмотки 7 управления и первого резистора 9, а четвертый диод 17 включен между первым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора 12.

Кроме того, блок управления может быть выполнен на управляющем элементе (например микросхема 1114ЕУЗ или

1114ЕУ4), выходные выводы которого соединены выходами блока управления через резисторы 18 и 19 и конденсатор 20, Одновременно выходной транзистор 1 может быть включен по схеме с общей базой.

Устройство работает следующим образом.

Блок 9 управления вырабатывает, например, последовательность прямоугольных импульсов (22, 23 фиг. 3), которые поступают на управляющие входы транзисторов 8 и 10 управления. Пусть в некоторый момент времени о-,крыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10, При этом по обмотке управления 7 протекает ток, величина которого ограничена резистором 11, и сердечник трансформатора 3 тока перемагничивается после предыдущего такта работы. На коллекторе транзистора 8— низкое напряжение (24 фиг. 3), а выходной транзистор 1 заперт, так как на его управляющем входа — запирающее напряжение с обмотки 6 трансформатора 3 тока (25 фиг. 3), В момент времени 1 с выходов блока 9 управления приходят импульсы, запирающие транзистор 8 и отпирающие транзистор 10, Вследствие инерционности процесса выключения транзисторов напряжение на коллекторе транзистора 10 увеличивается практически без задержки (26 фиг. 3), а напряжение на коллекторе транзистора 8 (24 фиг. 3) сохраняется низким на время выклю-. чения транзистора 8. Следовательно, в этот момент к дросселю 15 приложено входное напряжение, без учета падения напряжения на транзисторах 8 и 10 и диоде 14. 8 дрос 1 7(10174

;:. 10 15 начинает !,арастать ток (27 фиг, 3) да гех пср, пока не закон !ится период рассась;Ба!(ия неоснонных IIoc jT8ë8!j б базозой сбласTLI транзистора 0 и этот транзистор не запрется, При запирании транзистора о i) момент 2 энергия, накапленн35I в дросселе

15, .ерез трансформатор 3 тока передаотся н базову(о область транзистора 1 и происходит его форслрананное отпирание. Это сбь—

51;, <яется T0fj, ITQ TGK, проходящий через дроссель 15, после запирания транзистора

С, !!Бчинает циркулировать па контуру: дросс»ель 15 — упранляющая обмотка 7 — диод 13

-- r;)3Hзистор 10 — диод 14 -- драссель 15.

3fo: ток трансформируется н базовую об(10) к" G Tp3нсфорР13Topd 3 тока и !3ñð03 Диод

1 пост,l)30T Б базовую область выходного

Tp3lI3 стара 1, он отпирается, Гlосле п)го, !

<3K дроссель 15 полностью отдаст накопленную энерги!о, диод 14 запирается и отд03330T обмот <у 7 упранления от

l р )IIBYicjop= 10, 3 напряжение на абмс)т:0 7 будет определягься процессами, протека!ощим л Б перни !ной 2 и базовой б обмотках трансфор;латора 3 тока, при этом ток в базе

Tp3l<3LjcTop3 1 2(> фиг. 3) будет прсн(орцла; !эле!! гаку Б его коллек горе (29 фиг, 3), После изме(!ения напp53>f<8HI H3 L)bl>:одах 0 0 I<3 9 уп ра г)лен и 5! Отп и (зается ) ра г эистор о и шунтирует у-,ранляfoùófo обмотку 7 трансформатора 3 ) ока па кон) уру: абмотк".

7 -- диод 12 — транэ IcTop ."> -- абмотк:.3 7. ((ри это:1, т31< Bf Б м;мент 4 запиран i0 тра, зи сто(за 0 задерх<инается QTHocilTenbHO с;",)Оf j 0 I L j 3 0 T rl Lj p 3 H И я T p 3 I I l j C T 0 р 3 (3, B p, p 0 С С C i 8

15 опять r<3 .L!B-I,"".rcB энер;ия, котааая

Bl oc)1 0 за пи (зан!! 53 т (за и зистс рс3 1 0 рассеи БаОТСЯ 1<11 транз 1C1 О<:0 <1 11 ДИОД3>, 14 и 1().

3 д !! О Б ) (8 м 0 Г! < 0 I р 011 с х с! с! и (г 0 з с 1 (3 а Б 3 н н 0 0

:3f3I3l1p; l 1!0 Б,lxo,ДГ<ОГО Тр3! iBL1010: -:! 1 l3I!pB

>I< 0 I и 8" ! I 3 i О I (Д .. С!3 Г О Р 0 о, Та к.:: 3 :. l i !: p Sl . Ке!

<1(-.3!8,1! . ВИ0 ) С ГС, (10 Сам(З 3 Кс-. 33:;ОРО !0! !à, 3 к:;36>(>иц(!0нт Tp3нсфсрмаци". мс>(< (у Об

f joTx;!f1è 7 и б больше единиць!.

Г(акил(образом f)Bo,i0! и(1 0 (103130

3;Lji!() создать ксрогкий импульс тока фс!()()и ранг) Н НОГО ОТ Пljpа

ТР3НЗИСТОР3, Что )jмань!Баат ВР0(15! Бк;<К i

l l i l R Н (з! Х 0)3, ! 0 Го T P;3 ã! 3 1 С 1 Р Р 3, C I <",! i! 3 i . Г Б С! Л И ч>15<у ИМГI)у(1ьсной i 10L!I,:Îc rl! !(rl . 03 . 10к ri)pp.

Бь, ход (oro т(зан аиста Г!3 и пан ! LI!:) t I 0rlrf »3ГБЦИО!3 <У О НБДЕжНПСтЬ т;1: Нэ! СТОГ::ОГО

КЛ!О (3, (l3 фиг. 2 при()еден пример г<ыпслне<<ия усгрсйстна vrlpBBBeHLjя с при лен !!., 0м L Hтегральной микрссхе(.(ы 1114((У3 и це<; !ми

3 Г(> .3 З ,1 п

- с л rl ,;с, 55 согпасона(<ия, н которые Входят резисторы

l7 и 18 и разделительнь и конденсатор 19. с1зормупа изобретения

1. ) страйстно упранления транзисторны!и ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого через первичную об lo 1".ó трансфорл)атора тока соединен с первым Выходным нынодом, эмиттер соединен с первым нынодом вторичной обмотки трансформатора, а база через первый диод, ш»IITèpoèBI(! Ib!L(j пе рным конденсатором, соедине!<а с вторым Бь<нодол1 Вторичной обмотки трансформатора тока, первый вывод первой обмотки управления которого подключенн к пе р ному силовому <ны Воду первого транзистора упранления. второй силовой нынад которого соецинен с перным Входным

Бынодом, 3 Вход управления -- с первым выходом блока упранления, второй транзистор управления, первый резистор, Включенный между Вторым входным выводом и вторым вынадом первой обмотки управления трансформагора тока, Вторая обмотка управления, перны;, и Бта(зой диОды, О T л и ч а ю (д е е с я тем, (та, с целью понышсния надежHGGTI",!i рабате путем сн<лжения Величины имг;ульсной мощности на колпекторном переходе Выходного транзистора, ннедены

-ретий и чегьергый диадь(, а также дроссель, Бкл!оче!<1::ьlL1 паследонательно с третьим;<иода .. мс.>

I3biBoä3f1H I iP!)Бoro н ОРОГО 1 (за I3_#_cTQPQB

", П ) 3 3 Л =.! I 1 Я, П 0 Р С< Ы Й ДИОД П К<НО Ч Е Н П 3 (3 3Ллепьно пер:0"-lу резисioру, второй диод

Бкf!(Cl l =!, -I ":0:1<Ä)f Г10РБЬ(м БХОДНЫ! 1 ВЫВОДОМ. И .-.0р,ь:м Выводам второй обмотки управле.! 151 p3! IC

) ОРС Гс Г10ДКЛIO I8ii К BTOPOM)i НЫ БОДУ f)8PBOL!

Q G fi j c) T!, L j „и ) 3 Б л 8! 3 L l 51, 3 ч с т Б 8 (з т ы и p, M Q p, I)КЛ<ОЧPН;10>

I ерным с лоным Выпадом второг0 транзиста()3 УГ(! 3 н/10ния, уп (за Бл я юн(ий Bxoq кота

РОГО падкл!G с.."и к Бтс(r)ом) эыхаду блока уп,)BBла!<и», 3 ВTОрай сллоной нынад к ВтG—

pof :!",Входному ны Воду, 2, Устройство по и, 1, а т л и ч а ю щ е ес .. гем, что блок упраи(ения содержит упранляю ций элемент, перныл выходной ны:)сл:;с>горого через Второй конденсатор соединс:и с перным Быходс л блока упранлени5(, соеди(!еннь м через второй резистор с

Бта,,3 ым Б (Gäiiь! м В : Водам, 3 Бтс(зОЙ ВыхОд на Jl нынад че Оез ВтоРОЙ РезистОР— с BTGPb!M

Выходом блока уп(заБления, 3. Устройство по и. 1, о т л и ч а !о щ е ес я тем, что выходной транзистор нкл(очен по схеме с обшей базой, при этом точка соединения первого диода и первого конде!(сатора подкл!Очена к второму Выходному ныноду.

1780174