Транзисторный коммутатор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в контактно-транзисторных системах зажигания транспортных средств и предназначено для изготовления в интегральном исполнении. Задачей изобретения является повышение надежности устройства путем уменьшения рассеивания мощности на одном силовом транзисторе за счет равномерного распределения ее на нескольких силовых транзисторах. Цель достигается тем, что в устройство вводят n-1 силовых транзистора, подключенных силовыми выводами к соответствующим силовым выводам первого силового транзистора, n запирающих диодов, первые выводы которых подключены к объединенным первым выводам первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора, а вторые выводы соответственно - к базам соответствующих силовых транзисторов транзисторных ключей, первые силовые выводы которых подключены к входному выводу, вторые соответственно через соответствующие токозадающие резисторы - к базам силовых транзисторов, а управляющие выводы - к соответствующим выходам распределителя импульсов. Использование нескольких поочередно работающих силовых транзисторов в определенных интервалах времени, которые задаются временными параметрами распределителя импульсов, позволяет равномерно распределять рассеиваемую мощность на них, исключить возможность перегрева их и этим повысить надежность устройства, что является техническим результатом. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в контактно-транзисторных системах зажигания транспортных средств и предназначено для изготовления в интегральном исполнении.

Наиболее близким по совокупности признаков является транзисторный коммутатор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом питания, эмиттер - с выходным выводом, база-эмиттерный переход зашунтирован резистором, а база соединена одновременно с первыми выводами первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора, причем второй вывод первичной обмотки которого подключен к входному выводу, а второй вывод вторичной обмотки одновременно - к выходному выводу и через параллельно соединенные первый конденсатор и последовательно соединенные встречно диод и стабилитрон ко второму выводу питания, подключенному через второй конденсатор к первому выводу питания (см. Акимов С.В. и др. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. М. Машиностроение, 1988 г., стр. 131, рис. 67).

Недостатком данного транзисторного коммутатора является то, что рассеивание мощности в нем происходит на одном силовом транзисторе, что повышает вероятность отказа его из-за перегрева, что приводит к выходу из строя устройства в целом и, соответственно, к снижению его надежности.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства путем уменьшения рассеивания мощности на одном силовом транзисторе за счет равномерного распределения ее на нескольких силовых транзисторах.

Указанная задача решается тем, что в транзисторный коммутатор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом питания, эмиттер - с выходным выводом, а база-эмиттерный переход зашунтирован резистором, импульсный трансформатор, первые выводы первичной и вторичной обмоток которого объединены, причем второй вывод первичной обмотки подключен к входному выводу, а второй вывод вторичной обмотки одновременно - к выходному выводу и через параллельно соединенные первый конденсатор и последовательно соединенные встречно диод и стабилитрон ко второму выводу питания, подключенному через второй конденсатор к первому выводу питания, введены n-1 силовых транзистора (n = 2, 3...), коллекторы которых соединены с первым выводом питания, эмиттеры - с выходным выводом, а база-эмиттерные переходы зашунтированы резисторами, n запирающих диодов, первые выводы которых подключены к объединенным первым выводам первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора, а вторые выводы соответственно - к базам соответствующих силовых транзисторов, причем запирающие диоды включены встречно база-эмиттерным переходам силовых транзисторов, n транзисторных ключей, первые силовые выводы которых подключены к входному выводу, вторые соответственно через соответствующие токозадающие резисторы - к базам соответствующих силовых транзисторов, а управляющие выводы - к соответствующим выходам распределителя импульсов, причем вывод питания распределителя импульсов соединен со вторым выводом питания, а общий вывод - с первым выводом питания.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема транзисторного коммутатора; на фиг. 2 и 3 - функциональная схема транзисторного коммутатора с двумя силовыми транзисторами и временная диаграмма его работы.

Транзисторный коммутатор, приведенный на фиг. 1, содержит n силовых транзисторов 1.1...1.n, коллекторы которых объединены и подключены к первому выводу питания 2, эмиттеры - к выходному выводу 3, а база-эмиттерные переходы зашунтированы резисторами 4.1... 4.n, импульсный трансформатор 5, первые выводы первичной 6 и вторичной 7 обмоток которого объединены, а второй вывод первичной обмотки 6 подключен к входному выводу 8, а второй вывод вторичной обмотки 7 одновременно - к выходному выводу 3 и через параллельно соединенные первый конденсатор 9 и последовательно соединенные встречно диод 10 и стабилитрон 11 ко второму выводу питания 12, подключенному через второй конденсатор 13 к первому выводу питания 2, n запирающих диодов 14.1...14.n, первые выводы которых подключены к объединенным первым выводам первичной 6 и вторичной 7 обмоток импульсного трансформатора 5, а вторые выводы соответственно - к базам соответствующих силовых транзисторов 1.1...1.n, причем запирающие диоды 14.1...14.n включены встречно база-эмиттерным переходам силовых транзисторов 1.1...1.n, n транзисторных ключей 15.1...15.n, первые силовые выводы которых подключены к входному выводу 8, вторые соответственно - через соответствующие токозадающие резисторы 16.1. .. 16.n к базам соответствующих силовых транзисторов 1.1...1.n, а управляющие выводы - к соответствующим выходам распределителя импульсов 17, причем вывод питания распределителя импульсов 17 соединен со вторым выводом питания 12, а общий вывод - с первым выводом питания 2.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства с двумя силовыми транзисторами, т.е. при n = 2, функциональная схема которого представлена на фиг. 2, а временная диаграмма его работы - на фиг. 3.

Транзисторный коммутатор, приведенный на фиг. 2, содержит два силовых транзистора 1.1 и 1.2, коллекторы которых объединены и подключены к первому выводу питания 2, эмиттеры - к выходному выводу 3, а база-эмиттерные переходы зашунтированы резисторами 4.1 и 4.2, импульсный трансформатор 5, первые выводы первичной 6 и вторичной 7 обмоток которого объединены, а второй вывод первичной обмотки 6 подключен к входному выводу 8, а второй вывод вторичной обмотки 7 одновременно - к выходному выводу 3 и через параллельно соединенные первый конденсатор 9 и последовательно соединенные встречно диод 10 и стабилитрон 11 ко второму выводу питания 12, подключенному через второй конденсатор 13 к первому выводу питания 2, два запирающих диода 14.1 и 14.2, первые выводы которых подключены к объединенным первым выводам первичной 6 и вторичной 7 обмоток импульсного трансформатора 5, а вторые выводы соответственно - к базам соответствующих силовых транзисторов 1.1 и 1.2, причем запирающие диоды 14.1 и 14.2 включены встречно база-эмиттерным переходам силовых транзисторов 1.1 и 1.2, два транзисторных ключа 15.1 и 15.2, первые силовые выводы которых подключены к входному выводу 8, вторые соответственно через соответствующие токозадающие резисторы 16.1 и 16.2 - к базам соответствующих силовых транзисторов 1.1 и 1.2, а управляющие выводы - к соответствующим выходам распределителя импульсов 17, причем вывод питания распределителя импульсов 17 соединен со вторым выводом питания 12, а общий вывод - с первым выводом питания 2. В качестве распределителя импульсов 17 принят мультивибратор, выполненный на двух переключающихся транзисторах 18 и 19, коллекторы которых через соответствующие коллекторные резисторы 20 и 21 подключены к выводу питания мультивибратора, соединенному со вторым выводом питания 12, базы - к средним выводам первой 22, 23 и второй 24, 25 RC-цепочек, соединенных резисторными выводами с выводом питания мультивибратора, подключенным ко второму выводу питания 12, и емкостными соответственно - с коллекторами других переключающихся транзисторов 19 и 18, а эмиттеры - к общему выводу мультивибратора, соединенному с первым выводом питания 2, причем коллекторы переключающихся транзисторов 18 и 19 являются соответствующими выходами мультивибратора, т. е. предложенного распределителя импульсов. Транзисторные ключи 15.1 и 15.2 выполнены на транзисторах 26.1 и 26.2, коллекторы которых через соответствующие токозадающие резисторы 16.1 и 16.2 подключены к базам соответствующих силовых транзисторов 1.1 и 1.2, эмиттеры - к входному выводу 8, а базы - через соответствующие базовые резисторы 27.1 и 27.2 соответственно к соответствующим выходам мультивибратора.

Одновременно в схему введены прерыватель 28, катушка зажигания 29, добавочный резистор 30, выключатель зажигания 31 и источник питания 32, которые не входят в предмет изобретения, а предназначены для пояснения работы предлагаемого устройства. Прерыватель 28 включен между входным выводом 8 и первым выводом питания 2, выходной вывод 3 подключен к первому выводу первичной обмотки катушки зажигания 29, второй вывод которой соединен со вторым выводом питания 12 и одновременно через последовательно соединенные добавочный резистор 30, выключатель зажигания 31 и источник питания 32 - с первым выводом питания 2.

Устройство работает следующим образом.

При включении выключателя зажигания 31 мультивибратор, выполненный на переключающихся транзисторах 18 и 19, генерирует импульсные сигналы (фиг. 3а и 3б), которые через базовые резисторы 27.1 и 27.2 поступают на базы транзисторов 26.1 и 26.2. Последние формируют импульсные сигналы управления (фиг. 3в и 3г) при замкнутых контактах прерывателя 28, когда входной вывод 8 привязан к первому выводу 2 питания, т.е. на выводах первичной обмотки 6 импульсного трансформатора 5 присутствуют низкие значения напряжений (фиг. 3д и 3е). Импульсные сигналы управления подаются через токозадающие резисторы 16.1 и 16.2 на базы силовых транзисторов 1.1 и 1.2 и включают их поочередно, поддерживая этим постоянное включение выходного вывода 3 регулятора к первому выводу 2 питания. Это обеспечивает непрерывное протекание тока в первичной обмотке катушки зажигания 29 (фиг. 3ж). Непрерывности протекания тока способствует инерционность работы силовых транзисторов 1.1 и 1.2 в импульсном режиме, так как время выключения транзисторов в несколько раз превышает время включения. Это приводит к перекрытию импульсных выходных токов на выходном выводе 3, что обеспечивает "мягкое" включение силовых транзисторных ключей, т. е. открывание каждого из них происходит в моменты времени, когда предыдущий продолжает еще оставаться в открытом состоянии. Поэтому потерь по фронтам не происходит и дополнительного нагревания силовых транзисторов 1.1 и 1.2 при этом не наблюдается. Таким образом, транзисторный коммутатор работает до момента времени t₁ (фиг. 3д), пока замкнуты контакты прерывателя 28.

При размыкании контактов прерывателя 28 в момент t₁ (фиг. 3д) разность потенциалов базы и эмиттера транзисторов 26.1 и 26.2 становиться таким, при котором ток базы этих транзисторов прерывается и они запираются. Запирание последних приводит к запиранию силовых транзисторов 1.1 и 1.2. Ток в первичной обмотке катушки зажигания 29 резко уменьшается (фиг. 3ж), и во вторичной обмотке катушки зажигания 29 индуктируется импульсное высокое напряжение, необходимое для распределения по свечам зажигания. Одновременно при размыкании контактов прерывателя 28 во вторичной обмотке 7 импульсного трансформатора 5 индуктируется напряжение (фиг. 32е), обеспечивающее активное запирание силовых транзисторов 1.1 и 1.2 через запирающие диоды 14.1 и 14.2, так как потенциал базы их в момент запирания становится выше потенциала эмиттера. В этом случае получается наибольшая скорость спада силы тока в первичной обмотке катушки зажигания 29, что способствует увеличению вторичного напряжения в ней. Для защиты силовых транзисторов 1.1 и 1.2 при возрастании напряжения самоиндукции, возникающей в первичной обмотке катушки зажигания 29, например, при отсоединении провода высокого напряжения от свечи, включен стабилитрон 11. Диод 10, включенный встречно стабилитрону 11, предотвращает шунтирование стабилитроном 11 первичной обмотки катушки зажигания 29. Первый конденсатор 9 обеспечивает снижение тепловых потерь в силовых транзисторах 1.1 и 1.2 в период их переключения, а второй конденсатор 13 предназначен для защиты их от случайных перенапряжений в цепи питания устройства, например, при работе без батареи.

В момент времени t₂ (фиг. 3д) предлагаемое устройство переходит в исходное состояние и рабочий процесс в контактно- транзисторной системе зажигания повторяется.

Использование двух поочередно работающих силовых транзисторов 1.1 и 1.2 в определенных интервалах времени, которые задаются временными параметрами мультивибратора, выполненного на переключающихся транзисторах 18 и 19, позволяет равномерно поровну распределить рассеиваемую мощность на них и этим повысить надежность устройства.

Использование предлагаемого изобретения дает возможность создавать высоконадежные транзисторные коммутаторы для контактно-транзисторных систем зажигания транспортных средств, а введенные в схему элементы легко реализуются в микроэлектронном исполнении.

Формула изобретения

Транзисторный коммутатор, содержащий силовой транзистор, коллектор которого соединен с первым выводом питания, эмиттер - с выходным выводом, а база-эмиттерный переход зашунтирован резистором, импульсный трансформатор, первые выводы первичной и вторичной обмоток которого объединены, причем второй вывод первичной обмотки подключен к входному выводу, а второй вывод вторичной обмотки одновременно - к выходному выводу и через параллельно соединенные первый конденсатор и последовательно соединенные встречно диод и стабилитрон - ко второму выводу питания, подключенному через второй конденсатор к первому выводу питания, отличающийся тем, что в него введены (n - 1) силовых транзистора (n = 2, 3...), коллекторы которых соединены с первым выводом питания, эмиттеры - с выходным выводом, а база-эмиттерные переходы зашунтированы резисторами, n запирающих диодов, первые выводы которых подключены к объединенным первым выводам первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора, а вторые выводы соответственно - к базам соответствующих силовых транзисторов, причем запирающие диоды включены встречно база-эмиттерным переходам силовых транзисторов, n транзисторных ключей, первые силовые выводы которых подключены к входному выводу, вторые соответственно через соответствующие токозадающие резисторы - к базам соответствующих силовых транзисторов, а управляющие выводы - к соответствующим выходам распределителя импульсов, причем вывод питания распределителя импульсов соединен со вторым выводом питания, а общий вывод - с первым выводом питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3