Транзисторный ключ

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах сливной преобразовательной техники, например, в качестве мощных быстродействующих ключей высокочастотных инверторов. В транзисторном ключе, содержащем светодиод, связанный оптическим каналом с фотодиодом, усилитель-формирователь и силовой транзистор, между оптическим каналом и фотодиодом размещен прозрачный токопроводящий барьер, гальванически связанный с одним из электродов фотодиода. Технический результат: повышение помехоустойчивости ключа при сохранении его быстродействия. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах силовой преобразовательной техники, например, в качестве мощных транзисторных ключей высокочастотных инверторов.

Известен оптоэлектронный транзисторный ключ с защитой по току, содержащий светодиод, оптический канал связи, фототранзистор, усилитель-формирователь и силовой транзистор (1).

Известный транзисторный ключ надежен в работе и имеет достаточно широкую область использования. Однако данная схема обладает низким быстродействием из-за частотных свойств фототранзистора (длительность времени спада и времени нарастания выходного тока транзисторной оптопары не менее нескольких микросекунд), а также высокой чувствительностью к изменению напряжения гальванической развязки из-за наличия проходной емкости гальванической развязки. Помеха в виде тока 1 проходной емкости определяется соотношением: где Cпр - электрическая емкость оптического канала, du/dt - скорость изменения напряжения гальванической развязки.

Помеха, как и сигнал управления, поступает через электрод фототранзистора на вход усилителя-формирователя, смешиваясь с ним, что приводит к ложным коммутациям силового транзистора и снижает помехоустойчивость транзисторного ключа.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является транзисторный ключ, содержащий два светодиода, два оптических канала, два фотодиода, усилитель-формирователь и силовой транзистор (2 - прототип).

Описанный транзисторный ключ благодаря использовании фотодиодов, частотные свойства которых на порядок выше частотных свойств фототранзисторов (длительность времени спада и времени нарастания фотодиодов - единицы наносекунд), обладает высоким быстродействием. Однако так же, как и вышеописанный аналог, имеет высокую чувствительность к изменению напряжения гальванической развязки и, как следствие, низкую помехоустойчивость.

Целью предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости транзисторного ключа при сохранении его быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в заявляемом транзисторном ключе, содержащем светодиод, связанный оптическим каналом с фотодиодом, усилитель-формирователь и силовой транзистор, между оптическим каналом и фотодиодом размещен прозрачный токопроводящий барьер, гальванически связанный с одним из электродов фотодиода.

Существенность отличий предлагаемого изобретения определяется тем обстоятельством, что совокупность отличительных признаков и их взаимосвязь с ограничительными признаками не описаны в известной авторам литературе.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема одного из возможных вариантов выполнения транзисторного ключа.

Транзисторный ключ (фиг. 1) содержит светодиод 1, подключенный к входным зажимам 2 и 3 и связанный оптическим каналом 4 с фотодиодом 5. Между оптическим каналом 4 и фотодиодом 5 расположен прозрачный барьер 6, в частности, выполненный в виде сетки из токопроводящего материала, например серебра или меди, нанесенной методом вакуумной металлизации на оптическую поверхность фотодиода, и гальванически связанный с одним из электродов фотодиода 5. Вход усилителя-формирователя 7 подключен к электродам фотодиода 5, а выход через базу силового транзистора 8 соединен с выходными зажимами 9 и 10.

Транзисторный ключ (фиг. 1) работает следующим образом.

Сигнал управления в виде импульсной последовательности поступает с входных зажимов 2 и 5 на светодиод 1 и по оптическому каналу 4 проходит через прозрачный барьер 6 на фотодиод 5. Ток фотодиода 5 поступает на вход усилителя-формирователя 7, который усиливает его и формирует сигнал, требуемый для управления силовым транзистором 8. В качестве силового транзистора 8 могут быть использованы транзисторы любых типов - биполярные, полевые, составные, а также транзисторные сборки и модули. С выхода усилителя-формирователя 7 сигнал поступает на вход, например, базу силового транзистора 8 и коммутирует его в соответствии с сигналом управления.

При изменении напряжения гальванической развязки сигнал помехи в виде тока проходной емкости оптического канала поступает на токопроводящий барьер 6, гальванически связанный с одним из электродов фотодиода 5, и полностью им шунтируется, не доходя до фотодиода. В результате сигнал управления и сигнал помехи на смешиваются друг с другом, и как следствие, предотвращаются ложные переключения силового транзистора, что значительно повышает помехоустойчивость ключа.

Современные силовые транзисторы допускают рабочую скорость коммутации напряжения до 2 кв/мкс и выше. Суммарная проходная емкость конструкции оптического канала - не менее 0,5 пф. Ток фотодиодов - не более 0,2 мА. Ток помехи, обусловленный изменением напряжения гальванической развязки, рассчитываемый в соответствии с соотношением (1), равен: Таким образом, видно, что сигнал помехи не только соизмерим с сигналом управления, но и может превышать его.

При использовании оптической гальванической развязки без токопроводящего разделительного барьера приходится устанавливать параллельно с силовым транзистором RDC-цепи, которые снижают скорость изменения напряжения гальванической развязки и тем самым увеличивают устойчивость работы транзисторного ключа. Однако, RDC-цепи снижают быстродействие транзисторного ключа и приводят к ухудшению таких важнейших характеристик устройств преобразовательной техники, как КПД, масса и габариты.

Таким образом, использование токопроводящего прозрачного разделительного барьера между оптическим каналом и фотодиодом позволяет за счет значительного увеличения помехоустойчивости транзисторного ключа существенно уменьшить мощность рассеяния силовым транзистором и поглощаемую RDC-цепями, а в некоторых случаях вообще обойтись без них, что дает возможность полностью раскрыть способность современных силовых транзисторов к быстродействию.

Источники информации, принятые во внимание: 1. Авторское св-во СССР N 1821916, кл. H 03 K 17/08, публ. 1993 г.

2. Авторское св-во СССР N 1798912, кл. H 03 K 17/60, публ. 1993 г. - прототип.

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий светодиод, связанный оптическим каналом с фотодиодом, усилитель формирователь и силовой транзистор, отличающийся тем, что между оптическим каналом и фотодиодом размещен прозрачный токопроводящий барьер, гальванически связанный с одним из электродов фотодиода.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для коммутации силовых элементов автоматики (электромагнитов, клапанов и т.д.) в определенной последовательности с необходимыми временными задержками и самоблокировками, например в дозирующих устройствах, топливораздаточных колонках с кнопочным управлением

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, например, для коммутации группы запоминающих устройств с группой центральных процессоров

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных областях радиоэлектроники для гальванической развязки цепей и умножения частоты сигнала

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для подключения нагрузки различного характера к трехфазной сети переменного тока

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и управления производственных процессов, транспортных средств

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах для отработки и ввода информации

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в электротехнике , импульсной и вычислительной технике, электронике, волоконной оптике и др

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано для ввода данных в пультах управления радиотехнических и вычислительных систем

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в коммутационных устройствах с гальванической развязкой

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для коммутации силовых элементов автоматики (электромагнитов, клапанов и т.д.) по определенной программе с необходимыми временными задержками и самоблокировками, например, в дозирующих устройствах, топливораздаточных колонках с кнопочным управлением

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для включения и отключения трехфазной нагрузки

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) на железнодорожном транспорте

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в электронной коммутационной технике, в частности в аппаратуре передачи данных и аппаратно-программных комплексах

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в коммутационных устройствах с гальванической развязкой. Техническим результатом является возможность ограничения тока в оптоэлектронном реле и повышение его надежности. Оптоэлектронное реле состоит из первого светодиода и оптически связанной с ним матрицы последовательно включенных фотодиодов, устройства разряда, содержащего резистор, устройства ускорения разряда, выполненного на n-МОП и p-МОП транзисторах, двух фотодиодах и конденсаторе, устройства защитного, содержащего светодиод, зашунтированный резистором, и фототранзистор, и коммутирующего устройства, содержащего n-МОП транзистор. 1 ил.

Изобретение относится к защитному реле, включающему в себя входную цепь, которая детектирует состояние внешнего устройства в соответствии с тем, превышает ли внешнее входное напряжение предварительно установленное пороговое напряжение. Технический результат заключается в снижении величины тепловыделения без усложнения конфигурации цепи, а также в выполнении входной цепи, способной регулировать пороговое напряжение для широкого диапазона входных напряжений с использованием одной цепи контактного входа. Защитное реле содержит входную цепь и блок срабатывания, который считывает сигнал детектирования, детектированный входной цепью, и осуществляет операцию срабатывания защитного реле. Входная цепь включает в себя средство переключения, которое становится проводящим при подаче на него деленного напряжения, полученного с помощью резисторов деления напряжения, которые делят внешнее входное напряжение, когда внешнее входное напряжение больше или равно пороговому напряжению, и оптрон, который приводится в действие стабилизированным током выходной цепи и выводит сигнал срабатывания на блок срабатывания, когда средство переключения становится проводящим. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах сливной преобразовательной техники, например, в качестве мощных быстродействующих ключей высокочастотных инверторов

Наверх