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 10, два резистора 6 и 13, четыре диода 7, 12.16 и 17. трансформатор 3 тока с обмотками 2. 4, 5 и 11, конденсатор 14. дроссель 15, блок 9 управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.VI00оы1СЛ!>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)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. М 45 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и приборостроения (72) К. Д. Полозов и В. А. Ежов (56) Электронная техника в автоматике/под ред. Ю. Конева, M.: Радио и связь, 1985, вып.

16, с. 87, рис. 3.13.

Патент США hh 4339671, кл, Н 02 М 1/08, 1982.

5U 1780175 А1 (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 10, два резистора 6 и 13, четыре диода 7, 12, 16 и 17, . трансформатор 3 тока с обмотками 2, 4, 5 и

11, конденсатор 14. дроссель 15, блок 9 управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1700175

Изобретение относится K электротехник и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации слстем радиотехники, автоматики, вычислительной техники.

Извесгно устройство управления транзисторным ключом, содер>кащее выходнол транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, з база соединена через диод шунтированный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу транзистора управления, второй силовой вывод ко про(О 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 коллекторном переходе при включении выходного транзистора. Это обусловлено тем, что вкл)очение выходного транзисторз происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выходпогс транзистора. Величина указанной энергии пропорциональна току, протекаlo цему через токоограничиаающий резистор в цепи обмотки управления, который ране» току намагничивания трансформатора тока и пе может быть выбран достаточно большим.

Известно так>кс устройство управления транзист0pным ключом, содер>Kзщее выходной транзистор, коллекто которого соединен через первичную >бмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму BLI ходному выводу, а база соеди lBHcl гепсз длод, шунтироаанный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора lol(з, первый вывод обмотки управления,:u ûðîé подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй сил-,:— вой вывод которого подключен (первому

ВхОднОм) выводу, а управляющ IÉ вход к выходу блока управления, а1орой транзистор управления, резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления трзнсформатОРЗ тока, - ЕДОСтатКОМ ИэаЕСтНОГО УСтРО iCTO = Является низкая эксплуатационная наде>(ность транзисторно о <лючз вследствие выделения большой импульс, ой мощности на коллекторном переходе при икл1оч tltlvl

40 ,15

50 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 пропорциональна току намагничивания обмотки управления, который не может быть сделан достаточно большим, так как ограничен индуктивностью этой обмотки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной

iðàíçèñòoð, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, эмиттер

Ilîäêëlo låí к гпорому выходному выводу, базо-эмиттер«ый переход соединен через диод. шунтлроаанный конденсатором, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого присоединен к первому входному выводу, управляющий вход — к первому выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор,включенный между вторым входным выводом и вторым выводом обмотки управления трансформатора тока, соединенным через первый диод с первым входным выводом, второй диод.

Недостатки прототипа заключаются в

llизKQll зсплуа Tационной надежности транзисторного ключа вследствие выделения значительной импульсной мощности на коллеклгорном переходе в момент включения выходного транзистора, Это обусловлено тсм, что вкл очение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной в

Обмотке управления трансформатора тока в период закры гого состояния выходного транзистора. Величина этой энергии пропорциональна току намагничивания обмотvè управления, который не может быть сделан достаточно большим, так как ограничен большой индуктивностью этой обмотки.

Цель изобретения — повышение эксплуата L!HG н н ои надежности тра нзистор ного ключа и тем снижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе при включении выходного транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а база-эмиттерный переход присоединен к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод первой

1780175

40

50 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 выводом первой обмотки управления трансформатора тока, вторую обмотку управления, первый и второй диоды, второй резистор и. конденсатор, содержит также третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, при этом первый диод включен между вторым входным выводом и вторым выводом первой обмотки управления трансформатора тока, объединенным с первым выводом второй обмотки управления. второй вывод которой соединен через второй диод с точкой соединения второго резистора, и конденсатора, включенных последовательно соответственно между вторым и первым входными выводами, кроме того, четвертый диод включен между вторым входным выводом и первым силовым выводом второго транзистора управления, второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а вход управления — к второму выходу блока управления, Причем при применении в блоке управления управляющего элемента в виде микросхемы с двумя выходными транзисторами, переключающимися синхронно синфазно, первый выходной вывод элемента управления соединен через второй конденсатор с первым выходом блока управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с вторым выходом блока управления.

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

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

Устройство управления транзисторным ключом содержит выходной транзистор 1, коллектор которого соединен с первым выходным выводом через первичную обмотку

2 трансформатора 3 тока, вторичная обмотка 4 которого присоединена к базо-эмиттерному переходу выходного транзистора 1, первая обмотка 5 управления трансформатора 3 тока включена между первым резистором 6, шунтированным первым диодом

7, и первым силовым выводом первого транзистора 8 управления, блок 9 управления, второй транзистор 10 управления, вторая обмотка управления 11 трансформатора тока 3 соединена через второй диод 12 с последовательной цепью из второго резистора 13 и конденсатора 14. При этом к силовым выводам первого 8 и второго 10 транзисторов управления подключены дроссель 15, третий диод 16 и четвертый диод 17, Кроме того. блок управления может быть выполнен на управляющем элементе (например, микросхеме 1114ЕУЗ 1114ЕУ4), выходные выводы которого соединены с выходами блока управления через резисторы

18, 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 открыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10. При этом по обмотке 7 управления протекаетток, 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 íà его управляющем входе 1 — 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 выключения транзистора 8. Следовательно, в этот момент к дросселю 15 приложено входное напряжение беэ учета падения напряжения на транзисторах 8 и 10 и диоде 14. В дросселе 15 начинает нарастать ток (27 фиг. 3) до тех пор, пока не закончится период рассасывания неосновных носителей 6 базовой области транзистора 8 и этот транзистор не запрется. При запирании транзистора 8 в момент

1780175

2 энергия, накопленная в драсселе 15, через трансформатор 3 тока передается в базовую область транзистора 1 и происходит его форсированное отпирание. Это объясняется тем, что ток, проходящий через драссель 5

15, после запирания транзистора 8, начинает циркулировать по контуру; дроссель 15— управляющая обмотка 7 — диод 13 — транзистор 10 — диод 14 — дроссель 15, Этот ток трансформируется в базовую обмотку 6 10 трансформатора 3 тока и через диод 4 поступает в базовую область выходного транзистора 1 и он отпирается, После того, как дроссель 15 полностью отдаст накопленную энергию, диод 14 запирается и отделяет об- 15 мотку 7 управления от транзистора 10, а напряжение на обмотке 7 буде г определяться процессами, протекающими в первичной

2 и базовой 6 обмотках трансформатора 3 тока, при этом ток в базе транзистора 1 (28 20 фиг, 3) будет пропорционален току в его коллекторе (29 фиг, 3).

После изменения напряжения на выходах блока 9 управления отпирается транзи- 25 стор 8 и шунтирует управллющую обмотку 7 трансформатора 3 тока по контуру: обмотка

7 — диод 12 — транзистор 8 — обмотка 7, При этом, так как в момент 4 запирание транзистора 10 задерживается относительно вре- 30 мени 3 отпирания транзистора 8, в драсселе

15 опять накапливается энергия, котарал после запирания транзистора 10 рассеивается на транзисторе 8 и диодах 14 и 16, Одновременно происходит фарсирован1-:ое 35 запирание выходного транзистора 1 напряжением на конденса — îðå 5, так как напряжение на обмотке 6 практически равно ну",!0 вследствие того, что обмотка 7 закар0чеllа, а коэффициенг тра11сформациь1::ежду аб- 40 мотками 7 и 6 больше единицы, Таким образом введение дросселя 1,=. н цепь транзисторов 8 и 10 управления 11ознолило создать короткий импульс тока 45 форсированного отпиранил выходного транзистора, что уменьшает время вклю1енил выходного транзистора. снижает величину импульсной мощности на коллекторе выходного транзистора и повышает "-.Koï ló- 50 атационную надежность транзисторного ключа.

На фиг, 2 приведен пример Elbl110лнения устройства управления с применением ин- 55 тегральной микросхемы 1114FY3 и ценлми согласования, в которые входят резисторы

17 и 18 и разделительный конденсатор 19, Формула изобретения

1, Устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выводом, а база-эмиттерный переход присоединен к вторичной обмотке трансформатора тока, первый вывод первой 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 выводам и в10рым выводом первой обмотки управления трансформатора тока, вторая обмотка управления, первый и второй диоды, второй резистор и конденсатор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе путем снижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе выходного транзистора, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, вкл 1очен н ый последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, первый диод включен между вторым входным выводом и вторым BblBoдам первой обмотки управления трансформатора тока, абьединенным с первым выводом второй обмотки управления, второй вывод ко юрой соединен через второй диод с очкой соединения второго резистора и конденсатора, включенных последовательна между г1ервым и вторым входными выводами, четвертый диод включен между первым входным выводом и первым силовым выводам второго транзистора управле11ил, BTар011 силовой вывод которого подкл1ачен к второму входному выводу, а нхад управленил — к второму выходу блока управления.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес л тем, чт0 блок управления содержит упран11л1ащий элемент, первый выходной Bbl над которого соединен через второй канде11сатар с первым выходом блока управления, соединенным через третий резиc1E0I3 с ElT0PbIM г1хоДным BbIBQ+0M, а ВТОРай выходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с вторым выходом блока управления, 3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что выходной транзистор включен па схеме с общей базой, которая соединена с вторым выходным выводом.

1780175