Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ключевых преобразователях постоянного тока в переменный с регулируемой выходной мощностью методом широтно-импульсной модуляции. Цель изобретения - повышение КПД. Для достижения цели в устройство введены трансформатор 10 тока, резистор 5 и диод 8. Устройство содержит также генераторы 11, 12 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 13, трансформаторы 2, 3, силовой 1 и вспомогательный 9 транзисторы, резистор 4, диоды 6, 7. Использование трансформатора 10 тока и способ его подключения позволяют осуществить регенеративный характер процесса включения силового транзистора 1, а также такой режим работы вспомогательного транзистора 9, при котором мощность, рассеиваемая на его коллекторе, равна нулю. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (б»» 4»» 03 К 17/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4324995/24-21 (22) 09.11.87 (46) 07.09.89. Бюл. У 33 (71) Научно-исследовательский институт физики конденсированных сред

Ереванского государственного университета (72) Г.Г.Антонян (53) 621.316.727 (088.8) (56) Патент Великобритании Ф 1538466, кл. Н 03 К 17/20, 1965.

Авторское свидетельство СССР

»» 1272437, кл . Н 02 M 7/537, 1985. (54) ТРАНЗИСТОРНЬП» К»»ЮЧ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ключевых преобразователях постоянного тока в переменный с регулируемой выходной мощностью методом ши„„SU„„1506536 А i

2 ротно-импульсной модуляции. Цель изобретения — повышение КПД. Для достижения цели в устройство введены трансформатор 10 тока, резистор

5 и диод 8. Устройство содержит также генераторы 11, 12 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 13, трансформаторы 2, 3, силовой 1 и вспомогательный 9 транзисторы, резистор 4, диоды 6, 7 . Использование трансформатора 10 тока и способ его подключения позволяют осуществить регенеративный характер процесса включения силового транзистора 1, а также такой режим работы вспомогательного д транзистора 9, при котором мощность, е рассеиваемая на его коллекторе, равна нулю. 2 ил.

1506536

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к ключевым преобразователям постоянного тока в переменный с регулируемой выходной мощностью широтно-импульсной модуляции.

Цель изобретения — поньппение КПД.

На фиг.1 представлена схема транзисторного ключа; на фиг.2 — времен- 10 ные диаграммы работы.

Устройство содержит силовой транзистор 1, первый и второй трансформаторы 2 и 3, первый и второй резисторы 4 и 5, первьп»,второй и третий 15 диоды 6-8, вспомогательньп» транзистор 9, трансформатор 10 тока, первьп» и второй генераторы 11 и 12 прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фазосдвигающий узел 13. 20

Коллектор транзистора 1 соединен с шиной 14 питания и катодом диода

6, анод которого соединен с эмиттером транзистора 9, коллектор которого подключен к базе транзистора 1 и первым выводам резисторов 4 и 5 и диодов 7 и 8, вторые выводы резистора 4 и диода 7 объединены и подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 2, вторые ныноды резистора 5 и диода 8 объединены и подключены к первому выводу вторичной обмотки трансформатора 3, вторые выводы вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 объединены и под- 35 ключены к общей шине 15, первичные обмотки трансформаторов 2 и 3 подключены к выходам генераторов 11 и 12 соответственно. Первичная обмотка трансформатора 10 включена между 10 эмиттером транзистора 1 и общей шиной 15, первый вывод вторичной обмотки трансформатора 10 соединен с эмиттером транзистора 9, второй вывод с общей шиной 15, а средняя точка вторичной обмотки — с базой транзистора 9. Фаэосдвигающий узел 13 включен между генераторами 11 и 12.

Устройство работает следующим образом. 50

Генераторы 11 и 12 вырабатывают прямоугольные биполярные симметричные импульсы, сдвинутые один относительно другого на некоторый фазовый угол, определяемый мощностью,раэ-gg виваемой в нагрузке транзистором 1» и задаваемый фазосдвигающим узлом 13. (фиг. 2а, б). Как следует иэ приведенных временных диаграмм, силовой транзистор 1 может быть возбужден токами через резисторы 4 и 5 только в промежутке времени, когда на вторичных обмотках обоих трансформаторон 2 н 3 имеются »а»ряжения положительной полярности (интервал

,-С ) относительно общей точки их

coe>II»IIeI»II». Б интервале нремени (t,-t ), когда полярность напряже— ния вторичной обмотки трансформатора

2 отрицательна, а напряже»»е вторичной обмотки трансформатора 3 имеет положительную полярность относительно общей точк1, к базе транзистора 1 прикладывается напряжение отрицательного смещения через диод 7, равное напряжению на нторпч»ой обмотке трансформатора 2, за вычетом падения напряжения на диоде 7, Последний н»ходится н провоцящем сссто»ни» током чере:» реэис,ор 5. Аналогичным образом, н интервале времени, ко:да напряжение па вторичной обмотке трансформатора 3 и нет отрицательную, а

»а вторичной обмотке трансформатора 2 попожительную полярность (t„ †t), отпирается диод 8 током через резистор 4, а напряжение на вторичной об.1.отке трансформа,"ор-. 3 цр»кладыьает—

cI» к базе транзистора 1 н виде отри. цательного смещения. В интервале времени, когда напряжение »а норичных обмотках обоих тра»сформаторон

2 и 3 имеет отрицательную полярность (t3-C ), к база †эмиттерно переходу транзистора 1 прикладывается отрицательное напряжение через диоды 7 и Ь, по которым протекает обратньй ток база-эмиттерного перехода транзистора 1, причем распределение этого тока по диодам 7 и 8 н зависимости от разбросон параметров самих диодов и напряжений вторичных обмоток трансформаторов 2 и 3 не им ет значения.

Таким образом, силовой транзистор 1 может находиться н открытом состоянии только н промежутке нреМе«I» Qt=t. -t,. Средний ток через транзистор 1, следовательно„ и средняя мощность, развиваемая н нагрузке, подключенной последовательно с транзистором 1, определяются указанным интерва.IQM времени. В .ястности, при нагрузке н виде омичес кого сопротивления мощ»ость P pa» сеиваемая н ней, определяется интер-валом открытого состояния транзистор ного ключэ следующим образом:

>11 >31

P = 1 11

>, cjoy

>(>«1 где п

25 л ( лЧН

М

Мч °

40 где ) „ — амплитуда импу:Уьса тока через транзисто! 1, Т вЂ” период перек:Уючеун(я к)1>(>ч(1, 1 H — величина соцро г,(внеIIIIH нагрузки время открытого состояния транзистора 1.

Изменяя Л1 при постоянном Т, можно изменять P .РегулирОВание P. u(.н 1> толом широтно-импульсной модуляции в этом и закл(>чаетсн. И.менение интернала а t осуществляется уз. Уом 13.

В промежутке времени (t,-,), когда напряжения на втори«ных обмотках трансформатороВ 2, 3 положительны относительно выводов,соединенных между собой, в базу тра((зистора 1 поступает ток, ранный сумме токов через резисторы У> и 5. ОтветВление указанцого тока через коллекторпь>й переход транзистора 9, смещенного в прямом направлении, не происходит, так как индуктив Ioe сопротивление вторичной обмотки трансформатора 10, входящей в цепь базы транзистора 9, намного больше индуктивного сопротивления п(рвичной обмотки трансформатора <О тока, входящего в цепь >MI(TT(ра трап 1(стора 1.

Ток базы трап гистора 1 Вь(бирае гся из расчета o6(ñnå÷åløë Tакого минимального значения тока коллектора, при котором происходит регс 11ерс)тивное отпирание силового транзистора 1.

Регенератинны)1 характер о-.пирания силового транзистора 1 обусловлен положительной обратной связью через трансформатор 10 тока. В течение времени, когда через силовой транзистор 1 протекает ток, на вторичной обмотке трансформатора 10 тока устанавливается определенное значение напряжения, задаваемое база-эмиттерным переходом транзистора 9. Напряжение между средней точкой и вторым выводом втор)(чной обмотки трансформатора 10 тока выбрано равным максимальному значению напряжения прямого смещения база-эмиттерного перехода силового транзистора 1, с тем чтобы напряжение между коллектором и базой транзистора 9 в открытом состоянии поддерживалось приблизительно равным нулю. С целью уменьшения коммутационных потерь в силоВ()М Т j> 1 11 зис T()j) (. 11ут(М 11он! 6(>с 1>ив (I (> бь)с тродейс т Вия ЛОГ((едн1111 ОХ Ва (1(II нелинейной отрица I (III íîé обрат«(й

5 связью. Укаэанная отрицательная < б> ратная связь действует в течение времени, когда силовой транзистс>р

1 открыт, и Осуществляется с пок(О(111.>

Вспомогательного транзисто1>а 9 и д11<>1р да 7 . 11оследний попщерживается В открытом состоянии некоторь(м избытком тока вторичной обмотки трансформатора 10 тока по отношению к IIeобходимому значению тока базы силового транзистора 1, задаваемому соответствующим выбором коэффициента трансформации трансформатора 10 тока, а именно должно, выполняться условие

20 1+,/

n((з +1) 1/, + У мч>(отношение полного числа Витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки трансформатора 10 тока, минимальный коэффициент усиления по току силового транзистора 1 в схеме с общим эмиттером; минимальный коэффициент усиления по току вспомогательного транзистора 9 в схеме с общей базой; отношение количества витков нижней части к количеству витков верхней части вторичной обмотки трансформатора 10 тока, равное отношению напряжения на базе силового транзистора 1 при его открытом состоянии к напряжению прямого смещения база-эмиттерного перехода вспомогательного транзистора 9.

В течение времени, когда полярность напряжения на вторичных обмотках трансформаторов 2 и 3 или на одном из них имеет отрицательное значение, через соответствующий диод 7 или 8 это напряжение прикладывается к база-эмиттерному переходу силового транзистора 1, запирая его.

Напряжения на вторичных обмотках

55 трансформаторов 2 и 3 выбраны близкими к максимально допустимому значе нию направления обратного смещения база-эмиттерного перехода силового

1506536

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий силовой и вспомогательный транзисторы, первый и второй диоды, два трансформатора, первый резистор, два генератора прямоугольных симметричных импульсов напряжения, фаэосдвигающий узел, который включен

30 г) Фиг >

50 I

Составитель Г.Терешина

Редактор С.Патрушева Техред M.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 5446/55 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101 транзистора 1 с целью надежного запирания последнего.

Использование трансформатора 10 тока и способ его подключения поэво5 ляют осуществить регенератинный характер процесса включения силоного транзистора 1, а также такой режим вспомогательного транзистора 9 (U à - О, где U„ — напряжение меж- 10 ду коллектором и базой транзистора

9), при котором мощность, рассеиваемая на его коллекторе, равна нулю. Указанные обстоятельства приводят к уменьшению на порядок мощности уп- 15 равления транзисторным ключом по сравнению с известным устройсTBoM при ранных значениях коммутируемого тока в цепи силового транзистора.

Уменьшение мощности управления и 20 мощности потерь в цепях управления транзисторным ключом приводит к повышению КПД и облегчению конструкции транзисторного ключа. между генераторами прямоугольных симметричных импульсов напряжения, к выходам которых подключены перничные обмотки трансформаторон соответственпо, коллектор силового транзистора соединен с шиной питания и катодом первого диода, база — с первыми выводами перного резистора и второго диода, вторые выводы которых подключены к первому выводу вторичной обмотки первого трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения И1Д, введены трансформатор тока, второй резистор и третий диод, первые выводы которых подключены к базе силового транзистора, вторые выводы — к первому выводу вторичной обмотки нторого трансформатора, вторые выводы вторичных обмоток первого и второго трансформаторон объединены и подключены к общей шине, первичная обмотка трансформатора тока включена между эмит тером силового транзистора и общей шиной, эмиттер вспомогательного транзистора соединен с анодом первого диода и первым выводом вторичной обмотки трансформатора тока, второй вывод которой подключен к общей шине, а средняя точка — к базе вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен к базе силового транзистора.