Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам коммутации сильноточных электрических сигналов, и может быть использовано в устройствах электропривода и преобразователях энергии постоянного напряжения. Сущность изобретения - устройство содержит биполярные транзисторы 1, 7, полевой транзистор 3, диод 5, резисторы 4, 6, 9, 10, конденсатор 8, нагрузку 2. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5125 Н 03 К 17/687

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

J k ( () (!

Л (21) 4861931/21 (22) 24.08.90 (46) 07.09,92. Бюл, № 33 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. (72) Б.С.Сергеев (56) 1. Патент ЕПВ ¹ 0181148, кл. Н 03 К 17/56, 1986.

2. Патент Японии № 62 — 5539, кл. Н 03 К 17/60, 1987.

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам коммутации сильноточных электрических сигналов, и может быть использовано в устройствах электропривода и преобразователях энергии постоянного напряжения.

Известны транзисторные ключи с применением полевого демпфирующего транзистора, включенного параллельно силовому биполярному, где управление биполя рн ым транзистором осуществляется через последовательно включенные в его базовую цепь стабилитрон и диоды (1). Задержка выключения полевого транзистора относительно силового обеспечивается тем, что базовый ток биполярного транзистора прекращается раньше, чем напряжение на входе полевого транзистора достигнет порогового уровня, когда он начнет запираться. Для реализации этого свойства схемы требуется иметь определенную длительность спада напряжения импульсов управления при выключении транзисторного Ы 1760629 А1 (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам коммутации сильноточных электрических сигналов, и может быть использовано в устройствах электропривода и преобразователях энергии постоянного напряжения. Сущность изобретения — устройство содержит биполярные транзисторы 1, 7, полевой транзистор 3, диод 5, резисторы 4, 6, 9, 10, конденсатор 8, нагрузку 2. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. ключа, которая, в конечном итоге, и определяет задержку на выключение полевого транзистора. Это является недостатком транзисторного ключа, так как приводит к нестабильной работе в условиях воздействия эксплуатационных факторов — изменения температуры окружающей среды, напряжения питания схемы управления, а также при разбросе параметров элементов схемы. Кроме того, быстродействие ключа невысоко, так как принятие мер по форсированному рассасыванию заряда из полупроводниковой структуры насыщенного биполярного транзистора затруднительно из-за влияния на время задержки выключения полевого транзистора параметров импульсов управления.

Лучшими характеристиками обладает транзисторный ключ, в котором время задержки выключения полевого транзистора в значительно меньшей степени зависит от параметров сигналов управления и от характеристик элементов (2). Это устройство

1760629

15

0 п г.О (j

50 является наиболее близким по технической сущности и схемной реализации к предлагаемому ключу. Задержка управляющего сигнала на выключение полевого транзистора здесь выполняется цепью, состоящей из индуктивности и конденсатора. Недостатком

ЭТОГО тРаНЗИСтОРНОГО КЛЮЧа ЯВЛЯЕТСЯ тО, Что при изменении характеристик силового биполярного транзистора, в частности времени рассасывания зарядов из его полупроводниковой структуры в насыщенном состоянии, задержка на выключение полевого транзистора не изменяется. Это приводит к ненадежной работе силового биполярного транзистора и к ограничению на быстродействие транзисторного ключа, так как в этих условиях приходится реализовывать задержку с достаточно большим запасом по времени. Кроме того, использование индуктивного элемента и репятствует микроминиатюризации гранзисторного ключа и исполнению его в виде монолитной или гибридной ИС, Целью изобретения является повышение быстродействия транзисторного кл Оча и надежности работы, На фиг. 1, 2 и 3 приведены схемы транзисторного ключа, соответствующие пунктам 1, 2 и 3 формулы изобретения.

Транзисторный ключ llc схеме фиг. 1 содержит силовой биполярный транзисто,;

1, коллектор которого через нагрузку 2 подключен к положительной шине источпи.:,а питания Ел, а эмиттер — к его отрицательной шине (общему полюсу). Параллельно коллектору и эмиттеру транзистора 1 вклю,ены сток и исток демпфирующего полевого транзистора 3 соответственно. Источник импульсов управления Оу соединен через первый резистор 4 с базой транзистор" 1, а через диод 5 и второй резистор 6 с затвором полевого транзистора 3 и с коллектором шунтирующего биполярного транзистора 7, эмиттер которого подключен к источнику транзистора 3. Замедляющий конденсатор

8, подключенный параллельно затвору и истоку транзистора 3, в общем случае может отсутствовать, его функцию может выполнять входная емкость полевого транЗистора

3, База транзистора 7 через ограничивающий резистор 9 соединена с коллектором силового транзистора 1 и через базовый резистор 10 — с его эмиттером, Схема транзисторного ключа по фиг. 2 содержит следующие элементы (кроме описанных). Между коллектором силового транзистора 1 и ограничивающим резистором 9 включен третий резистор 11, а к точке соединения этих резисторов подключен катод стабилитрона 12, анод которого соединен с эмиттером транзистора 7, Схема транзисторного ключа по фиг. 3 кроме описанных содержит следующие элементы. База и эмиттер шунтирующего транзистора 7 подключены соответственно K коллектору и эмиттеру управляющего биполярного транзистора 13, база которого соединена со средHей точкой делителя напряжения, состоящего из последовательно соединен blx пятого и шестого резисторов 14 и 15, а крайние выводы делителя подключены к каторгу диода 5 и к истоку полевого транзистора 3.

Транзисторный ключ по схеме фиг. 1 работает следующим образом, На вход схемы подаются разнополяркые импульсь: управления LJy. Положитель-! l и ifi I 1 I : У:I b C состоянию ключа, а отрицательнь:й — закрытг му

При подаче поло>кительнGãо импульса

Оу появляется Открь!вающий базовый ток силового транзистора 1, ограничиваемый рези.:,торам 4. 1дновременко с этим через .;ио„б и рези тор 6 Ha .-,атвор полезсго тракзиc np.—; 3 погтупает полож лтельHGe кагояжение. G6ÿ транзистора — и 3 открываIcт",сcя I,; в Hà-py=i;.y 2 начинает поступать ток, Ранее, когда ipdbçAc!cp 1 I6b."ë =-апео-, >.>-"Ирующи транзистор ";=ыл .> гкрыгг базовым i Око 4. Преп Окаю,им через р "зис cp

Кс Гла Гоакзистс О I QTK pbbs с ется, i 0 тра кзи стоо 7 запирается. «ак .ак падение напряжения на силовь!х биполярных транзисторах в

Открытом ссстоянии (на переходе коллекто" — эмиттер обычно мало и,ест-точно для поддержания транзис гора 7 в 0-KpblTOM состоянии. Таким образом, когда ipàíçèñòîpbl 1 и 3 открыты, транзистор 7 заперт.

ПО окончании действия положительного импульса Ь„пои лосту 1лекии Отрицатель

-гого импульса напряжения начинается этап рассасывания зарядов из полупроводниковой структуры насыгценного силового биполярного транзистора 1, Рассасывающий ток его базы определяется резистором 4. Демпфирующий транзистор 3 в это время все еще открыт, так как, несмотря на отсутствие положительного напряжения на аноде диода 5, напряжение на затворе транзистора 3 остается примерно на том же уровне за счет заряда, накопленного на конденсаторе 8, В общем случае функции этого конденсатора может выполнять входная емкость затвор— исток полевого транзистора 3. По окончании процессов рассасывания насыщенного транзистора 1 начинается процесс его запирания. Напряжение на его коллекторе увеличивается. Верхний предел увеличения

1760629 напряжения ограничивается падением напряжения на открытом транзисторе 3 (напряжение сток — исток). Современные силовые высоковольтные полевые транзисторы обладают существенным падением напряжения в открытом состоянии. Обычно это напряжение лежит в пределах 3 — 5 В или превышает эти значения. Когда напряжение на коллекторе транзистора 1 достигнет этой величины, включается транзистор 7, чем шунтируется вход транзистора 3 и форсированно разряжается конденсатор 8. После снижения напряжения на этом конденсаторе до значения порогового напряжения выключения транзистора 3 последний выключается. Для надежного согласования уровня напряжения на закрытом транзисторе 1 и открытом транзисторе 3 требуется соответствующий выбор величин резисторов 9 и 10. После запирания транзистора 3 схема приходит в исходное состояние. Далее процессы повторяются аналогично.

Таким образом, в рассматриваемом транзисторном ключе формирование процесса запирания демпфирующего полевого транзистора 3 происходит только по окончании процессов рассасывания зарядов из полупроводниковой структуры насыщенного биполярного силового транзистора 1, т.е. после начала его фактического запирания.

Транзисторный ключ по схеме фиг. 2 отличается тем, что в базовую цепь шунтирующего транзистора 7 введен нелинейный ограничивающий элемент — стабилитрон 12, который препятствует черезмерному увеличению тока базы шунтирующего транзистора 7 после запирания полевого транзистора

3, когда напряжение на нем и на коллекторе транзистора 1 увеличивается до нескольких сотен вольт, При этом ограничение тока через стабилитрон 12 выполняется резистором 11. Когда напряжение на коллекторе транзистора 1 мало и не превышает напряжения включения стабилитрона 12, то эта цепь не влияет на работу транзистора 7.

Таким образом, уменьшается диапазон изменения базового тока транзистора 7, чем повышается надежность его работы.

Транзисторный ключ по схеме фиг. 3 отличается тем, что к моменту включения полевого транзистора 3 положительным импульсом сигнала управления U> шунтирующий транзистор 7 запирается, В это время включается управляющий транзистор 13, препятствуюший появлению базового тока транзистора 7. Этим как уменьшается мощность, потребляемая на открывание полевого транзистора 3, так. и повышается надежность работы транзистора 7, так как с

55 приходом положительного импульса U> транзистор 7 оказывается запертым.

Следовательно, как показывает рассмотрение работы приведенных схем, введение шунтирующего транзистора 7, управляемого от напряжения на коллекторно-эмиттерном переходе транзистора 1, дает возможность реализовать задержку выключения полевого транзистора 3, которая реально отслеживает состояние силового транзистора 1 и изменяется при изменении времени рассасывания последнего. Этим как повышается надежность работы ключа, так и увеличивается его быстродействие. Введение стабилитрона 12 позволяет снизить диапазон изменения базового тока транзистора 7, чем повышается надежность его работы. Введение управляющего транзистора 13 дает возможность ослабить шунтирующее действие транзистора

7 Во время этапа открывания полевоготранзистора 3, чем повышается эффективность работы транзисторного ключа.

Формула изобретения

1, Транзисторный ключ, содержащий силовой биполярный транзистор, коллектор которого подключен к первому выводу нагрузки и к стоку полевого демпфирующего транзистора, исток которого соединен с эмиттером силового транзистора и с отрицательной шиной источника питания, положительная шина которого подключена к второму выводу нагрузки, а база силового транзистора через первый резистор соединена с источником импульсов управления, причем параллельно затвору и истоку демпфирующего транзистора подключен замедляющий конденсатор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены шунтирующий биполярный транзистор, три резистора и диод, коллектор и эмиттер шунтирующего транзистора подключены к затвору и истоку демпфирующего транзистора соответственно, затвор последнего через второй резистор соединен с катодом диода, анод которого подключен к источнику импульсов управления, а база шунтирующего транзистора- через ограничивающий резистор соединена с коллектором силового транзистора и через базовый резистор — с эмиттером шунтирующего транзистора.

2, Ключ пои. 1, отл ича ю щи йс ятем, что, с целью повышения надежности в работе, введены стабилитрон и четвертый резистор, анод которого подключен к эмиттеру шунтирующего транзистора, а катод — к точке соединения ограничивающего резистора и четвертого резистора, другие выводы которых подключены к базе шунтирующего и

1760629 коллектору силового транзисторов соответственно.

3. Ключ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, введены усилитель напряжения и управляющий биполярный транзистор, коллектор и эмиттер которого соединены с базой и эмиттером шунтирующего транзистора соответственно, а база — со средней точкой делителя напряжения, состоящего из последовательно соединенных пятого и шестого

5 резисторов, крайние выводы которого подключены к катоду диода и истоку демпфирующего транзистора соответственно.

1760629

Составитель В. Сергеев

Редактор М. Стрельникова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т, Палий

Заказ 3192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Транзисторный ключ Транзисторный ключ Транзисторный ключ Транзисторный ключ Транзисторный ключ 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для коммутации различного вида нагрузок, включая электромагнитные при постоянном питающим напряжении, и может быть использовано в устройствах электропривода, импульсных транзисторных преобразователях и т.п

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, в частности, может быть использовано для коммутации сигналов переменного тока и постоянного тока, положительной полярности

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в мощных ВЧ-генераторах радиопередающих устройств и технологических установок

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использоеа- .ния в качестве мощных В Ч генераторов радиопередающих устройств и технологических установок

Изобретение относится к импульсной технике и ысмсет использоваться а монолитных многоканальн( коммутаторах

Изобретение относится к радиотехнике, и может быть использовано в приемо-усилительных устройствах в цепях обработки и коммутации полярности импульсных напряжений сигнала, следующих через относительно короткий интервал времени на фоне шумовой помехи

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может быть использовано , например, в сильноточной БИС управления магнитооптическим транспарантом в качестве выходного устройства

Изобретение относится к схеме возбуждения емкостной нагрузки, которая возбуждает емкостную нагрузку на основании входного напряжения, и к устройству отображения, включающему в себя схему возбуждения емкостной нагрузки

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации высоких напряжений, например, во вторичных источниках электропитания

Изобретение относится к электронной технике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано в модуляторах импульсных передатчиков РЛС

Изобретение относится к коммутационной технике

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве бесконтактной защиты вторичных источников электропитания

Изобретение относится к коммутации силовых электрических сигналов, например в устройствах автоматики или преобразовательной техники

Изобретение относится к области электронной схемотехники, в частности к переключающему устройству. Достигаемый технический результат - ограничение скорости изменения напряжения на переключателях или задание определенного уровня этого напряжения. Переключающее устройство для переключения тока между первым выводом (1) и вторым выводом (2) содержит каскодную схему с последовательным включением первого полупроводникового переключателя (М) и второго полупроводникового переключателя (J), оба полупроводниковых переключателя (М, J) соединены друг с другом через общую точку (13), при этом управление первым полупроводниковым переключателем (М) производится посредством первого управляющего входа в соответствии с напряжением между первым управляющим входом и первым выводом (1), а управление вторым полупроводниковым переключателем (J) производится посредством второго управляющего входа (4) в соответствии с напряжением между вторым управляющим входом (4) и общей точкой (13), а между вторым выводом (2) и по меньшей мере одним из управляющих входов подключена управляющая схема, оснащенная емкостью (С), выполненной с возможностью предварительной установки ее величины. 12 з.п. ф-лы. 7 ил.

Изобретение относится к переключающимся схемам. Технический результат заключается в уменьшении нагрузки на схему формирователя сигналов управления затвором. Переключающая схема включает в себя: первый переключающий элемент; резистор, вставленный между управляющим электродом первого переключающего элемента и схемой управления, которая выполняет управление переключением для первого переключающего элемента; и первый конденсатор и второй переключающий элемент, подключенные между управляющим электродом первого переключающего элемента и электродом на стороне с низким потенциалом первого переключающего элемента. Электрод на стороне с высоким потенциалом второго переключающего элемента подключен к управляющему электроду первого переключающего элемента. Электрод на стороне с низким потенциалом второго переключающего элемента подключен к одному электроду первого конденсатора. Другой электрод первого конденсатора подключен к электроду на стороне с низким потенциалом первого переключающего элемента. Управляющий электрод второго переключающего элемента подключен к электроду резистора, подключенного к схеме управления. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 16 ил.
Наверх