Устройство управления транзисторным ключом
Использование: 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, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6 и 7, пять диодов 4, 11, 12, 14 и 16, резистор 11. конденсатор 5, дроссель 15, блок 9 управления. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.слсS оМ \о
СОКУЗ СО ВЕТГКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУВЛИК (я)5 Н 03 К 17/60
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕ) П НОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Ф
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л
СО
О (0 й
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. И. Конева, M.: Радио и связь, 1985, вып. 16, с, 87, рис. 3. 13.
Патент США % 4339671, кл. Н 02 М 1/08, 1982.
„„SU„„1780176 А1 (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫМ КЛК)ЧОМ (57) Использование; 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, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 6 и 7, пять диодов 4, 11, 12, 14 и 16, резистор 11, конденсатор 5, дроссель 15, блок 9 управления. 1 з. и. ф-лы, 3 ил.
1780176
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах бесконтактной силовой коммутации систем радиотехники, автоматики, вычислительной техники. 5
Известно устройство управления транзисторным ключом, содержащее выходной транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатаратока с первым входным выводом, эмиттер 10 подключен к второму выходному выводу, а базе соединена через диод, шунтирова нный конденсатором., с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к перво- ",5 му силовому выводу тра нзис гора управления, второй силовой нынад кагарага подсоединен к первому входному выведу, а управляющий вход к выходу блока управления. 20
Недостатком известного устройства является низкая эксплуатационная наде.кность транзисторного ключа вследствие выделения большей импульсной машности на коллекторном переходе при включении 25 выходного транзистора. Эта обусловлено тем, что вкл«очение выходного транзистора происходит за счет энергии, накопленной в обмотке управления трансформатора тока в период закрытого состояния выход:«ога 30 транзистора. Величина указанной энергии пропорциональна току, протекающем„- через токааграничивающий резистор н,апи обмотки управленля, который ранен oêó намагничивания трансформатора така и! IB 35 может быть выбран достаточно большим.
Известна также устройства управления транзисторн ым кл ючом, содержащее нь.ходнай транзистор, кал ектаг. каторагз саеpинP.:=. через UервNч: у«а а 3«4BTI<, 10 трансформатора така с первым,ы<....,«,ым выводом, эмиттер подключен к гоopor",, выходному выводу, а база соединена через диод, шунтированный конденсаторам, втарич ай обмоткой трансформатора Io,<.; .5 первый нынад обмотки упранг«енз1я I;o, ра!1 подключен к первому силовому нынаду первого транзистора управления, нтарай;илоной вывод i Н >Остатка«л извеггнага устрайс",,- .,а является низкая эксплуатационная íBöåæность транзисторного кл о- а нследс "вие выделения большой импульс««ай мо;.насги на коллекторном переходе при нключа««ии выходного транзистора. Это обусловлено гем, что включение выходного транзистора происходит зз счет энергии, накопленной B обмотке упранле««ия трансформатора тока в период закрытого состояния выходного транзистора. Беличи««а этой энергии про««Орциональна току намагничивания обмотки управления, который не Mo)KGT быть сделан дастатаkllo большим, так какограничен индуктинностью этой обмотки. Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления транзисторным ключам, содержащий нь«ходнай транзистор, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выходным выгодам, э«литте«р падкл«ачен к второму Bы,:ou! Io;. выводу, база-эмиперный переход cаод«1««еii через диод, шунтирана и B B! и ко««ден сатаром, с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый нынад обмотки управления которого подключен f< первому силова;.1у выводу первого транзистора управления, второй сллоной нынад которого присоединен к первому входному выводу, управляющий вход — к первому вы:;.îäó блока управления, второй тра«-«зистар управлени:I, первый резистор, . нкл«очен««ый между вторым входным BBIBQ дом!1 вторым выводом обмотки управления трансформатора така, соединенным через ГЕРНЫЙ ДИОД С IIBPBI.: БХОД««ЫМ ВЫБОДО "Л, н «раи «,иад. Недостатки прототипа заключаются в -; изкай эксг«««уата цио««ной надежности TpBнзисгОр««ага кл«оча вследствие выделения сч ачительнай импульснал мошнасти на калле B.ай аб латки. Цель изабретсния — повышение эксплуатациа««най надежности транзисторного ключа путем снижения вели «ины импульсной мощности на «салг«екторном переходе IIpH нкл«ачении Выход«1ОГО тра««зистара, Поставленная цель достигается тем, что устройства управления транзисторным кгна:юь ;, содержащеЕ вь«хаДНай тРанзиСтОр, коллектор которого соединен через первичную обмотку трансформатора тока с первым выход«:;ым выводом, эмиттер подключен к н«ара -:; нь«хадному выводу, а база соедине1780176 на через диод, шунтированный конденсатором, с базовой обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй, силовой вывод которого подключен к первому входному выводу. а 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 с первым входным выводом через первый диод, второй диод дополнительно содержит третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми выводами первого и второго транзисторов управления, второй силовой вывод которого подключен к второму входному выводу, а управляющий вход — к второму выходу блока управления, при этом второй диод подключен параллельно первому резистору, а четвертый диод включен между первым силовым выводом и первым си loBblM выводом второго транзистора управления. Кроме того, 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 управляющим входом первого транзистора управления, соединенным через второй резистор с вторым входным выводом, а второй выходной вывод управляющего элемента соединен через второй резистор с управляющим входом второго транзистора управления, На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства управления транзисторным ключом; на фиг. 2 — пример выполнения блока управления; на фиг. 3 — диаграммы токов и напряжений на элементах устройства, Устройство управления транзисторным ключом содержит выходной транзистор 1, коллектор которого соединен через первичную обмотку 2 трансформатора 3 тока с первым выходным выводом, эмиттер подключен к второму выходному выводу, а база соединена через диод 4, шунтированный конденсатором 5, с базовой обмоткой 6 трансформатора 3 тока, первый вывод обмотки 7 управления которой подключен к первому силовому выводу первого транзистора 8 управления, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока 9 управления, второй транзистор 10 управления, первый резистор 11, включенный меж5 55 ду вторым входным выводом и вторым выводом обмотки 7 управления, соединенной через первый диод 12, второй диод 13, а также третий диод 14, дроссель 15, четвертый диод 16. Кроме того, при применении в качестве блока управления микросхемы с двумя синфазно синхронно переключающимися выходными транзисторами (например, 1114ЕУЗ) устройство управления транзисторным ключом может дополнительно содержать второй 17 и третий 18 резисторы и разделительный конденсатор 19. Устройство работает следующим образом. Блок 9 управления вырабатывает, например, последовательность прямоугольных импульсов (22 и 23 фиг, 3), которые поступают на управляющие входы транзисторов 8 и 10 уп равления, Пусть в некоторый момент времени t< открыт транзистор 8 и закрыт транзистор 10. При этом по обмотке 7 управления протекает ток, величина которого ограничена резистором 11, и сердечник трансформатора тока 3 перемагничивается после предыдущего такта работы, На коллекторе транзистора 8— низкое напряжение (24 фиг, 3), а выходной тоанзистор 1 заперт, так как на его управляющем входе — запирающее напряжение с обмотки 6 трансформатора 3 тока (25 фиг. 3). В момент времени t> с выходов блока 9 управления приходят импульсы, запирающие транзистор 8 и отпирающие транзистор 10, Вследствие инерционности процесса выключения транзисторов напряжения 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 без 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 tz энергия, накопленная в дросселе 15, через трансформатор 3 тока передается в базовую область транзистора 1 и происходит его форсированное отпирание. Это объясняется тем, что ток, проходящий через дроссель 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 трансформатора 3 тока, через диод 1780176 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 обмотку 7 управления от тран- 5 зистора 10, а напряжение на обмотке 7 будет определяться процессами, протекающими в первичной 2 и базовой 6 обмотках трансформатора тока 3, при этом ток в базе транзистора 1:28 фиг. 3} будет пропорцио- 10 нален току в его коллекторе (29 фиг, 3). После изменения напряжения на выходах блока 9 управления отпирается транзистор 8 и шунтирует управляющую обмотку 7 15 трансформатора тока 3 по контуру: обмо1ка 7 — диод 12 — транзистор 8 — обмотка 7. При этом, так как в момент t4 запирание транзистора 10 задерживается относительно времени отпирания з транзистора 8, В 20 дросселе 15 опять накапливается энергия, которая после запирания транзистора 10 рассеивается на транзисторе 8 и диодах 14 и 16. Одновременно происходит форсированное запирание выходного тран- 25 зистора 1 напряжением на конденсаторе 5, так как напряжение на обмотке 6 практически равно нулю вследствие того, ITQ обмотка 7 закорочена, а коэффициент трансформации между Обмотками 7 и 6 30 больше единицы, Таким образом введение дросселя 15 в цепь транзисторов управления 8 и 10 позволило создать короткий импульс тока 35 форсированного отпирания выходнсго транзистора, что уменьшает время Вкл 1очения выходного тра3- зистора, снижает величину импульсной мощности на коллекторе выходного транзистора и повышаст зксп 3у- 40 ата цион ную надежность тра и зи сто f3 f 1 o f кл 1оча, На фиг. 2 приведен пример Выполíåf311:. устройства управления с применение;.1 11н- 45 тегральной микросхемы 1114ЕУЗ и 33епям31 согласования, В KoTopblp ВМОдя Г резисторы 17 и 18 и разделительный конде-Ica;op 19. Формула изобретения 1. Устройство управления транзистор ным кл1очом, содержащее выходной транзи стор, коллектор которого через первичнук3 Обмотку трансформатора тока соединен с первым выходным выводом, эмиттер соеди нен с вторым входным выводом, а базоэмиттерный переход через первый диод, шунтированный первым конденсатором, соединен с вторичной обмоткой трансформатора тока, первый вывод обмотки управления которого подключен к первому силовому выводу первого транзистора управления, второй силовой вывод которого подкл3очен к первому входному выBoäó, а управля1ощий вход — к Г1ервому Выходу блока управления, второй транзистор управления, первый резистор, включенный между вторым входным выводом и вторым Выводом обмотки управления трансформатора тока, соединенным с первым входным выводом через первый диод, второй диод, о т л ич а!О щ е е с sf тем, что, с целью повышения надежности в работе путем с,нижения величины импульсной мощности на коллекторном переходе выходного транзистора, введены третий и четвертый диоды, а также дроссель, включенный последовательно с третьим диодом между первыми силовыми =,ûDoäaìè первого и второго транзисторов управления, Второй силовой Вывод которого подключен к второму входному выводу, а управляющий вход — к второму выходу блока управления, при этом второй диод подключен параллельно первому резистору. а четВертый диод Включен между первым силовым выводом второго транзистора упраБлекия ll перГ3ым Входным Выводом, 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а 1о щ е ес я тем, что блок управления содержит управля ощий элемент, псрвый выходной выВод которого соединен через второй конденсатор с первым Выхсдом блока управления, соединенным через второй резистор с Вторым входным выводом, а второй Выходной вывод управляющего элемента :оединен через ВтОрОй резистор с вторым Г3ыходом блока управления. 1780176 фуад, 2 Корректор 7.Палий Заказ 4441 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Редактор И.Савина Составитель В. Ежов Техред M.Ìîðãåíòàë
