Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электронным устройствам управления элементами автоматических систем и вторичных источников электропитания . В транзисторный ключ на транзисторах 1, 5, 8 и 13 введены трансформатор тока с первичной 16 и вторичной 17 обмотками, выпрямительный 19 и рекуперирующий 18 диоды, что позволило уменьшить падение напряжения на входном транзисторе 5 и его ток коллектора, а также уменьшить потребляемый от источника питания ток за счет более полного использования его напряжения , что позволило повысить КПД транзисторного ключа. 1 ил. w Ё VJ hO О СП ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 К 17/60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842642/21 (22) 25.06.90 . (46) 15.03.92. Бюл. М 10 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) М.В.Семенов, Ю.Е.Семенов (53) 621.382 (088.8) (56) Машуков Е,В, и др. Силовые транзисторные ключи повышенного напряжения, ЭГ в

А. Под ред. Ю.И.Конева. М.: Радио и связь, 1984, вып. 5, с, 183-194.

Авторское свидетельство СССР

N. 1476604, кл. Н 03 К 17/60, 1987.,,5U,, 1720152 А1 (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронным устройствам управления элементами автоматических систем и вторичных источников электропитания. В транзисторный ключ на транзисторах

I, 5, 8 и 13 введены трансформатор тока с первичной 16 и вторичной 17 обмотками, . выпрямительный 19 и рекуперирующий 18 диоды, что позволило уменьшить падение напряжения на входном транзисторе 5 и его ток коллектора, а также уменьшить потребляемый от источника питания ток за счет более полного использования его напряжения, что позволило повысить КПД транзисторного ключа. 1 ил.

1720152

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутационной технике и электронным устройствам управления элементами автоматических систем, и может быть использовано при построении преобразователей электрической энергии, входящих в состав средств энергопитания., электроприводов и вторичных источников электропитания.

Известны схемы транзисторных ключей 1 с нелинейной обратной связью и знакопеременной обратной связью, Недостатками известных ключей являются существенная мощность потерь, выделяющаяся на коллекторе входного 1 транзистора, который регулирует ток базы силового транзистора. Это определено тем, что входной транзистор находится в активном режиме и падение напря>кения на его переходе коллектор-эмиттер равно разности между напряжением питания ключа и 2 напряжением на базе силового транзистора. Если же в цепи коллектора входного транзистора включен токоограничительный резистор, то мощность потерь, равная произведению тока базы силового транзистора (он же ток коллектора входного транзистора) на напряжение, равное разнице напряжения питания и напряжения на базе силового транзистора, все равно остается .той же, только перераспределяется- между этим резистором и входным транзистором,.

Указанные недостатки снижают КПД этих транзисторных ключей, Наиболее близким по технической сущ-, ности.к предлагаемому является транзисторный ключ, содержащий выходной силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выходным выводом, эмиттер соединен с вторым выходным выводом, а к базе подключены первый шунтирующий резис;ор, вторым выводом соединенный с вторым выходным выводом, и эмиттер входного транзистора, коллектор которого подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а к базе подключены второй шунтирующий резистор, вторым выводом соединенный с вторым выходным выводом, анод диода обратной связи, катод которого соединен с.коллектором силового транзистора, и коллектор токостабилизующего транзистора, эмиттер которого соединен с базовой управляющего транзистора и через последовательно включенные первый и второй резисторы, подключен к первой клемме источника питания, вторая клемма

KoTQp0l c соединена с вторым выходным выводом, к первой клемме источника питания также подключен эмиттер управляющего транзистора, коллектор которого соединен с базой токостабилизирующего транзистора и через третий резистор -- с входом управления и, кроме того, имеющий второй токостабилизирующий транзистор, рези5 стивный делитель и токоограничительный диод.

Недостатком этого ключа также является значительная мощность, рассеиваемая на коллекторе входного транзистора, что

0 снижает КПД ключа. Это обьясняется следующим. Если принять падение на всех р-ипереходах всех транзисторов приблизительно одинаковым и равным Up, то минимально необходимая для обеспече5 ния работоспособности схемы величина напряжения источника питания должна быть не менее 4!4 (падения на база-эмиттерных переходахсилового,входного,токостабилизирующего и управляющего транзисторов).

Падение же напряжения на базе силового

0 транзистора всего Up, таким образом на входном транзисторе и резисторе, включенном в его коллекторную цепь, падает 3Up, и зто напряжение, умноженное на ток базы силового выходного транзистора, который

25 протекает через эти транзистор и резистор, дает мощность потери, которая снижает

КПД ключа. А так как ключи обычно питаются от нестабилизированного напряжения, минимально возмо>кная величина которого

30 выбирается из наихудших условий, при номинальных условиях величина напря>кения питания будет больше 4Up и потери на входном транзисторе его возрастут.

Целью изобретения является увеличе35 ние КПД ключа за счет уменьшения мощности потерь, рассеиваемой на входном транзисторе и уменьшения мощности, потребляемой от источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что

40 в транзисторный ключ, содер>кащий выходной силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выходным выводом, эмиттер соединен с вторым выходным выводом, а к базе подключены первый шунтиру45 ющий резистор,. вторым выводом соединенный с вторым выходным выводом, и эмиттер входного транзистора, к базе которого подключены второй шунтирующий резистор, вторым выводом соединенный с

50 вторым выходным выводом„анод диода обратной связи, катод которого соединен с коллектором силового транзистора, и коллектор токостабилизирующего транзистора, змиттер которого соединен с базой

55 управляющего транзистора и через последовательно включенные первый и второй резисторы подключен к первой клемме источника питания., вторая клемма которого соединена с вторым выходным выводом, к

1720152 первой клемме источника питания также подключен эмиттер управляющего транзистора, .коллектор которого соединен с базой токостабилизирующего транзистора и через третий резистор — с входом управления, введены трансформатор тока, рекуперирующий и выпрямительный диоды, причем первичная обмотка трансформатора тока включена между коллектором входного транзистора и точкой соединения первого и второго резисторов, а вторичная обмотка первым выводом подключена к базе выходного силового транзистора, а вторым — к аноду рекуперирующего диода, катод которого соединен с первой клеммой источника питания, и катоду выпрямительного диода, анод которого соединен со вторым выходным выводом.

На черте>ке приведена электрическая схема предлагаемого транзисторного ключа, Транзисторный ключ содержит выходной силовой транзистор 1, коллектор которого соединен с первым выходным выводом

2, а эмиттер соединен с вторым выходным выводом 3. К базе транзистора 1 подключены первый шунтирующий резистор 4, вторым выводом соединенный с вторым выходным выводом 3, и эмиттер входного транзистора 5, к базе которого подключены второй шунтирующий резистор 6, знод диода 7 обратной связи, катод которого соединен с коллектором силового транзистора 1, и коллектор токостабилизирующего транзистора 8, Эмиттер токостабилизирующего транзистора 8 через последовательно соединенные первый резистор 9 и второй резистор 10 подключен к первой клемме 11 источника питания. Вторая клемма 12 источника питания соединена с вторым выходным выводом 3. К первой клемме 11 источника питания также подключен эмиттер управляющего транзистора 13, база которого соединена с эмиттером транзистора

8, а коллектор подключен к базе транзистора 8, и, через третий резистор 14 — к входу

15 управления. Первичная обмотка 16 трансформатора тока включена между коллектром входного транзистора 5 и точкой соединения резисторов 9 и 10. Вторичная обмотка 17 трансформатора тока первым выводом соединена с базой выходного силового транзистора 1, а вторым подключена к аноду рекуперирующего диода 18, катод которого соединен с первой клеммой 11, источника питания, и катоду выпрямительного диода 19, анод которого соединен с вторым выходным выводом 3.

Транзисторный ключ работает -следующим образом.

При наличии сигнала логической 1 на входе 15 (Uynp == 0пит) транзисторы 13, 8 закрыты, транзистор 5 также закрыт, следовательно закрыт и транзистор 1, При подаче на вход 15 сигнала логического "0" (Uy

14 протекает ток. Под действием тока коллектора транзистора 8 на резисторе 6 появится падение напряжения, которое откроет транзистор 5. Под действием тока коллектора транзистора 5 (он же ток первичной обмотки 16 трансформатора тока) и тока вторичной обмотки 17, который замыкается через диод 19 в коэффициент трансформа.— ции больше тока коллектора транзистора 5, на резисторе 4 появится падение напряжения, которое откроет выходной силовой транзистор.1. Падение напряжения на резисторах 9 (OT эмиттерного тока транзистора

8) и 10 (от коллекторного тока транзистора

10) открывает транзистор 13. замыкается отрицательная обратная связь и транзистор 8 выходит на режим стабилизации тока, так как при увеличении тока эмиттера транзистора 8 увеличивается падение напряжения на резисторах 9 и 10, что вызывает дополнительное открывание транзистора 13, который уменьшит ток базы транзистора 8. При входе силового транзистора 1 в насыщение откроется диод 7 обратной связи и ток коллектора транзистора 8 перераспределится между базой транзистора 5 и диодом 7, в результате чего ток базы -ранзистора 5 уменьшится, соответственно уменьшится ток его коллектора и ток обмотки 17 трансформатора тока, а, значит, и ток базы силового транзистора 1, в результате чего последний будет поддерживаться на границе насыщения, так как если транзистор начнет выходить из насыщения (например,. при увеличении тока нагрузки) увеличится падение напряжения Hà его коллекторе, диод 7 закроется и ток базы транзистора 1 увеличится. Схема придет к установившемуся режиму. При этом на входном транзисторе 5 падение напряжения будет равно напряжению питания за вычетом падения напряжения на базе силового транзистора и падения напряжения на первичной обмотке трансформаторного тока, которое равно 20 (падения напряжения на базе силового транзистора 1 и на диоде 19), умно>кенное на коэффициент трансформации.

Очевидно, что даже при коэффициенте трансформации трансформатора тока, равном единице, падение напряжения на вход- ном транзисторе 5 уменьшается на 2U<, э его ток уменьшается в два раза, что значительно уменьшает потери мощности на коллекторе этого транзистора, Кроме того, 1720152

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий выходной силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выходным выводом, эмиттер соединен с вторым выходным выводом, а к базе подключены первый шунтирующий резистор, второй вывод которого соединен с вторым выходным выСоставитель M.Ñåìåêîâ

Редактор Ю.Середа Техред М;Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 777 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбина "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 уменьшаются ток и мощность, потребляемые от источника питания, так как в этом случае более используется его напряжение.

При подаче на вход 15 управления сигнала логической 1 закрываются транзисторы 8, 5 и 13, выключается транзистор 1.

Энергия, накопленная в трансформаторе тока через рекуперирующий диод 18, возвращается в источник питания. Схема возвращается в исходное состояние.

Таким образом, за счет введения трансформатора тока и выпрямительного и рекуперирующего диодов, уменьшается падение напряжения на входном транзисторе и ток через него, что снижает потери мощности на его коллекторе, уменьшается, за счет более полного использования напряжения, ток потребляемый от источника питания, а энергия, накопленная в трансформаторе тока, возвращается в источник питания на этапе выключенного состояния ключа, что, все вместе и ведет к повышению КПД, так как уменьшаются и потери мощности в ключе и мощность, потребляемая им от источника питания. водам, и эмиттер входного транзистора, к базе которого подключены второй шунтирующий резистор, второй вывод которого соединен с вторым выходным выводом, анод

5 диода обратной связи, катод которого соединен с коллектором силового транзистора, и коллектор токостабилизирующего транзистора, эмиттер которого соединен с базой управляющего транзистора и через после10 довательно включенные первый и второй резисторы подключен к первой клемме источника питания, вторая клемма которого соединена с вторым выходным выводом, к первой клемме источника питания также

15 подключен эмиттер управляющего транзистора, коллектор которого соединен с базой . токостабилизирующего транзистора и через третий резистор — с входом управления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше20 ния КПД за счет уменьшения мощности потерь на входном транзисторе и мощности, потребляемой от источника питания, введены трансформатор тока, рекуперирующий и выпрямительный диады, причем первичная

25 обмотка транформатора тока включена между коллектором входного транзистора и точкой соединения первого и второго резисторов, а вторичная обмотка первым выводом подключена к базе выходного силового

30 транзистора, а вторым — к аноду рекуперирующего диода, катод которого соединен с первой клеммой источника питания, и к катоду выпрямительного диода, анод которого соединен с вторым выходным выводом.