Устройство для управления транзистором со статической индукцией

 

Сущность изобретения: исток и сток транзистора со статической индукцией 1 связаны с минусовой и плюсовой клеммами питающего напряжения соответственно, первичная обмотка трансформатора 2 предназначена для подключения к источнику управляющих импульсов, а первый вывод вторичной обмотки соединен с анодом первого диода 7, катод которого соединен с эмиттером p-n-p-транзистора 3, база которого соединена с первым выводом первого резистора 4, а коллектор соединен с анодом второго диода 8, катод которого предназначен для подключения к затвору транзистора со статической индукцией, для подключения к истоку которого предназначен второй вывод вторичной обмотки трансформатора, соединенный с вторым выводом первого резистора, истоки и подложки первого и второго МДП-транзисторов с индуцированным n-каналом соединены с вторым выводом первого резистора и анодом фотодиода 10 первого оптрона, катод которого соединен с анодом фотодиода 12 второго оптрона, катод которого соединен с катодом второго диода, причем катод первого диода соединен с затвором первого МДП-транзистора 13, сток которого соединен с первым выводом второго резистора и затвором второго МДП-транзистора 14, сток которого соединен с вторым выводом третьего резистора 6, второй вывод которого соединен с катодом светодиода 11 первого оптрона, анод которого соединен с катодом светодиода 9 второго оптрона, анод которого соединен с вторым выводом второго резистора 5, предназначенным для подключения к стоку транзистора со статической индукцией. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокочастотных преобразователей напряжения для вторичных источников электропитания.

Известны устройства управления транзистором со статической индукцией. В одном варианте используется один входной трансформатор, а в другом варианте - два трансформатора, к первичным обмоткам которых подключаются источники управляющих импульсов. В цепях вторичных обмоток трансформаторов включены диодно-транзисторные ячейки, обеспечивающие необходимые режимы работы транзистора со статической индукцией (СИТ) [1] .

Недостатком таких устройств является их низкая надежность, что обусловлено возможностями протекания больших постоянных токов в СИТ при отсутствии сигналов управления.

Наиболее близким техническим решением является устройство управления СИТом, содержащее СИТ, два трансформатора, первичная обмотка первого из которых предназначена для подключения к источнику управляющих импульсов, p-n-p-транзистор, n-p-n-транзистор, четыре резистора, шесть диодов, конденсатор и полевой транзистор, сток которого подключен к первому выводу первичной обмотки второго трансформатора, второй вывод которой подключен к стоку СИТ и плюсовой клемме питающего напряжения, минусовая клемма которого подключена к первым выводам всех четырех резисторов, первым выводам вторичных обмоток трансформаторов, истоку СИТ и первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого подключена к второму выводу четвертого резистора, аноду пятого диода и затвору полевого транзистора, исток которого подключен к второму выводу третьего резистора, второй вывод первого резистора подключен к базе n-p-n-транзистора, коллектор которого подключен к катоду четвертого диода, анод которого подключен к затвору СИТ и катоду третьего диода, анод которого подключен к коллектору p-n-p-транзистора, база которого подключена к второму выводу второго резистора, а эмиттер - к катоду первого диода, анод которого подключен к второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора, катоду пятого диода и катоду второго диода, анод которого подключен к эмиттеру n-p-n-транзистора и аноду шестого диода, катод которого подключен к второму выводу вторичной обмотки второго трансформатора. С помощью второго трансформатора в таком устройстве обеспечивается подача на затвор СИТ запирающего (отрицательного) напряжения в течение небольшого промежутка времени (до нескольких секунд), если подано напряжение между стоком и истоком СИТ, но отсутствуют сигналы управления. Такое аварийное запирание СИТ предотвращает протекание в нем больших токов, но только в течение относительно небольшого промежутка времени. Если же по истечении этого промежутка времени не начинают поступать управляющие импульсы, то в СИТ протекает большой постоянный ток, в результате чего СИТ может выйти из строя.

Основным недостатком прототипа следует считать его относительно невысокую надежность.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

При этом достигается требуемый технический результат путем введения в устройство двух оптронов и двух МДП-транзисторов и устранения при этом возможностей протекания больших постоянных токов в СИТ в течение всего времени наличия рабочего постоянного напряжения в устройстве управления транзистором со статической индукцией, содержащем транзистор со статической индукцией, трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для подключения к источнику управляющих импульсов, p-n-p-транзистор, три резистора и два диода, первый из которых своим анодом подключен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора, а катодом - к эмиттеру p-n-p-транзистора, база которого подключена к первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу вторичной обмотки трансформатора, истоку транзистора со статической индукцией и минусовой клемме питающего напряжения, плюсовая клемма которого подключена к стоку транзистора со статической индукцией, затвор которого подключен к катоду второго диода, анод которого подключен к коллектору p-n-p-транзистора за счет введения двух оптронов, каждый из которых состоит из светодиода и фотодиода, и двух МДП-транзисторов с индуцированным n-каналом, истоки и подложки которых подключены к истоку транзистора со статической индукцией и аноду фотодиода второго оптрона, катод которого подключен к аноду фотодиода первого оптрона, катод которого подключен к затвору транзистора со статической индукцией, сток которого подключен к аноду светодиода первого оптрона и первому выводу второго резистора, второй вывод которого подключен к стоку первого МДП-транзистора и затвору второго МДП-транзистора, сток которого подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к катоду светодиода второго оптрона, анод которого подключен к катоду светодиода первого оптрона, а затвор первого МДП-транзистора подключен к эмиттеру p-n-p-транзистора.

При подаче напряжения на клеммы питающего напряжения, т. е. на СИТ, и отсутствии сигналов управления нормально открытый СИТ запирается отрицательным напряжением, поступающим на его затвор с последовательно включенных фотодиодов, работающих в фотогальваническом (вентильном) режиме. Это (вентильное) напряжение поддерживает запертое состояние СТИ в течение всего времени (любой протяженности) отсутствия сигналов управления, чем устраняется возможность протекания больших постоянных токов в СИТ, в результате чего и повышается надежность работы устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит СИТ 1, трансформатор 2, p-n-p-транзистор 3, три резистора 4-6, два диода 7 и 8, два оптрона, первый из которых состоит из светодиода 9 и фотодиода 10, а второй - из светодиода 11 и фотодиода 12, и два МДП-транзистора 13 и 14 с индуцированным n-каналом. Трансформатор 2 имеет две обмотки: первичную и вторичную. Первичная обмотка подключена к источнику входных (управляющих) импульсов. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора 2 подключен к аноду диода 7, катод которого подключен к эмиттеру транзистора 3 и затвору МДП-транзистора 13. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора 2 подключен к истоку СИТ 1, второму выводу резистора 4, аноду фотодиода 12, истокам и подложкам МДП-транзисторов 13 и 14, минусовой клемме питающего напряжения. Плюсовая клемма питающего напряжения подключена к стоку СИТ 1, аноду светодиода 9 и первому выводу резистора 5, второй вывод которого подключен к стоку МДП-транзистора 13 и затвору МДП-транзистора 14. Первый вывод резистора 4 подключен к базе транзистора 3, коллектор которого подключен к аноду диода 8, катод которого подключен к затвору СИТ 1 и катоду фотодиода 10, анод которого подключен к катоду фотодиода 12. Сток МДП-транзистора 14 подключен к первому выводу резистора 6, второй вывод которого подключен к катоду светодиода 11, анод которого подключен к катоду светодиода 9. Резистор 4 обеспечивает необходимый режим работы транзистора 3, резистор 5 с МДП-транзистором 13 обеспечивают режимы работы МДП-транзистора 14, а резистор 6 является токоограничительным элементом.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При поступлении положительного импульса на первичную обмотку трансформатора 2 его работа аналогична прототипу и аналогам. В этом режиме на первом выводе вторичной обмотки появляется положительное, а на втором выводе - отрицательное напряжение. Через диоды 7 и 8, а также транзистор 3 это положительное напряжение поступает на затвор СИТ 1, чем и обеспечивается его форсированно открытое состояние.

Основная особенность предлагаемого устройства состоит в обеспечении сколь угодно длительного запирания СИТ 1 в случае, когда к клеммам между истоком и стоком СИТ 1 приложено напряжение, а на вход устройства (на первичную обмотку трансформатора 2) не поступают еще сигналы управления. Такие случаи могут наблюдаться в начальный период времени при включении всей системы, в которую входит предлагаемое устройство, а также при выходе из строя источника управляющих импульсов и других аварийных ситуациях.

В предлагаемом устройстве появление питающего напряжения между истоком и стоком СИТ 1 приводит к появлению положительного напряжения на стоке закрытого МДП-транзистора 13, а следовательно, на затворе МДП-транзистора 14. В результате МДП-транзистор 14 открыт и через светодиоды 9 и 11 течет ток, вызывая в них генерацию квантов света. Эти кванты света порождают в фотодиодах 10 и 12 фото-ЭДС с напряжением на каждом (кремниевом) фотодиоде примерно равным 0,7 В. Суммарное напряжение фотодиодов 10 и 12 ( ≈1,4 В) знаком "минус" оказывается приложенным к затвору СИТ 1, обеспечивая его запертое состояние. При необходимости получить большую величину запирающего напряжения следует увеличить число оптронов (при последовательном включении фотодиодов). Таким образом, СИТ 1 заперт сколь угодно долгое время (пока не появляется сигналы управления), т. е. в нем не протекает большой постоянный ток, чем и обеспечивается повышение надежности предлагаемого устройства.

Существенным преимуществом предлагаемого устройства является использование только положительных импульсов управления, что может упростить источник управляющих импульсов. При поступлении положительного управляющего импульса на затвор МДП-транзистора 13 он открывается, напряжение на его стоке уменьшается, что вызывает закрывание MДП-транзистора 14 и обесточивание светодиодов 9 и 11. В результате устраняется отрицательное (вентильное) напряжение на затворе СИТ 1 (образуемое на освещенных фотодиодах 10 и 12). Итак, СИТ 1 всегда находится в закрытом состоянии, за исключением случая поступления на вход предлагаемого устройства положительного импульса управления.

Экспериментальная проверка работы устройства управления транзистором со статической индукцией была проведена на СИТах КП801 и 2П926. По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве наблюдалось сколь угодно длительное запирание СИТ при отсутствии сигналов управления; оно обладает устойчивой работоспособностью при использовании управляющих импульсов лишь одной положительной полярности. (56) Мощные полевые транзисторы в устройствах вторичного электропитания. Киев: Знание, 1989, с. 16, рис. 9а, б.

Авторское свидетельство СССР N 1690119, кл. H 02 M 1/08, 1991.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОМ СО СТАТИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИЕЙ, исток и сток которого связаны с минусовой и плюсовой клеммами питающего напряжения соответственно, содержащее трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для подключения к источнику управляющих импульсов, а первый вывод вторичной обмотки соединен с анодом первого диода, катод которого соединен с эмиттером p - n - p-транзистора, база которого соединена с первым выводом первого резистора, а коллектор соединен с анодом второго диода, катод которого предназначен для подключения к затвору транзистора со статической индукцией, для подключения к истоку которого предназначен второй вывод вторичной обмотки трансформатора, соединенный с вторым выводом первого резистора, второй и третий резисторы, отличающееся тем, что в него введены первый и второй оптроны и первый и второй МДП-транзисторы и индуцированным n-каналом, истоки и подложки которых соединены с вторым выводом первого резистора и анодом фотодиода первого оптрона, катод которого соединен с анодом фотодиода второго оптрона, катод которого соединен с катодом второго диода, причем катод первого диода соединен с затвором первого МДП-транзистора, сток которого соединен с первым выводом второго резистора и затвором второго МДП-транзистора, сток которого соединен с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с катодом светодиода первого оптрона, анод которого соединен с катодом светодиода второго оптрона, анод которого соединен с вторым выводом второго резистора, предназначенным для подключения к стоку транзистора со статической индукцией.

РИСУНКИ

Рисунок 1