Транзисторный ключ

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 060680 (21) 2933822/18-21

f 51 } М. Кп.з.

Н 03 К 17/60 с присоединением заявки МоГосударственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) ПриоритетОпубликовано 070382 Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 070382

{53} УДК 621 382 (088. 8) (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЫЧ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, в частности, в импульсных усилителях мощности.

Известен транзисторный ключ,.содержащий параллельно соединенные силовые транзисторы, подключенные к общему предоконечному усилителю на транзисторе, дополнительно введенные дифференциальный каскад (усилитель) и эталонный источник питания, причем база общего транзистора предоконечного усилителя соединена с выходом дифференциального усилителя, один вход которого подключен к общему коллектору параллельно соединенных силовых транзисторов, а другой входк выходу источника эталонного напряжения, другой выход которого соединен с общей базой силовых транзисторов {1).

Однако в данном. транзисторном клю е не обеспечивается равномерное токораспределение из-эа отсутствия син;хронности включения и выключения параллельно соединенных силовых транзисторов, что приводит к значительным броскам токов в отдельных транзисторах и снижению надежности рабо- . ты ключа.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности транзисторный ключ, содержащий д параллельно соединенных силовых транзисторов, два вспомогательных транзистора, один из которых подключен эмиттером к базе первого силового транзистора, базой через разделительный диод— к коллекторам силовых транзисторов, обратный диод и пять резисторов (2j.

Однако в известном устройстве не обеспечивается идентичность токораспределения в каждом иэ силовых транзисторов, что снижает надежность ра .боты ключа.

Цель изобретения — повьиаение надежности.

Для достижения поставленной цели в транзисторный ключ, содержащий и параллельно соединенных силовых трайзисторов, два вспомогателы ых транзистора, один иэ которых подключен эмиттером к базе первого силового транзистора, базой через разделительный диод — к коллекторам силовых транзисторов, обратный диод и пять резисторов, введены (п-2) вспомогательных транзисторов, (n-1) раздели- тельных и (n-l).oáðàòíûõ диодов, (n-5) резисторов и и поэисторов, 91 1730 причем второй и каждый из (n-2) введенных вспомогательных транзисторы подключены эмиттерами к базам соответствующих (n-1) силовых транзисторов, а базами через соответствующий разделительный диод — к коллекторам силовых транзисторов, каждый обратный диод включен с соответствующим резистором в последовательную цепь, выводы которой подключены параллельно эмиттер-коллекторному переходу соответствующего. вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен ко входной шине, соединенной с первыми выводами позисторов, вторые выводы которых подключены к базам соответствующих вспомогательных транзисторов.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

"транзисторный ключ содержит и, напрнмер два, параллельно соединенных силовйх транзистора 1 и 2, вспомогательные транзисторы 3 и 4, разделительные диоды 5 и б, позисторы 7 и 8 (термисторы с положительным TKC), обратные диоды 9 и 10 резисторы 11 и 12, источник 13 питания и нагрузку 14. На вход ключа поступают управляющие сигналы от источника 15.

Вспомогательные транзисторы 3 и 4 подключены эмиттерами к базам силовых транзисторов 1 и 2, а базами через разделительные диоды 5 и б — к общей точке соединения коллекторов силовых транзисторов 1. и 2. .Одни выводы поэисторов 7 и 8 соединены с базами-вспомогательных транзисторов

3 и 4, а другие их выводы .совместно с коллекторами этих транзисторов соединены с управляющим входом ключа.

Цепи из последовательно соединенных обратных диодов 9 и 10 и резисторов

11 и 12 включены параллельно эмиттерно-коллекторным переходам вспомо гательных транзисторов 3 и 4. Силовые транзисторы 1 и 2 объединены индивидуальными термическими отрицательными обратными связями (ООС) с позисторами 7 и 8, расположевными непосредственно на полупроводниковой структуре силовых транзисторов

1и 2.

Предлагаемый транзисторный ключ работает следующим образом.

При поступлении на вход ключа отрицательного управляющего напряжения обратные диоды 9 и,10 смещаются в прямом направлении и, шунтируя вспомогательные транзисторы 3 и 4, обеспечивают надежное запирание силовых транзисторов 1 и 2, предотвращая нежелательную инверсию режима этих транзисторов. Так как напряжение на коллекторах запертых силовых транзисторов 1 и 2 положительное и достаточно высокое (=Е„), то разделительные диоды 5 и б смещены в обратном направлении и разделяют низковольтную входную и высоковольтную силовую цепи ключа.

5 При подаче на вход ключа положительного управляющего напряжения .диоды 9 и 10 запираются, а через поэисторы 7 и 8 и базо-эмиттерные переходы силовых транзисторов 1 и 2

10 протекает ток прямого смещения вспомогательных транзисторов 3 и 4 от источника управляющих сигналов. Так как токи в позисторах 7 и 8 и в базах силовых транзисторов 1 и 2 от 5 личаются в (9+1) раз (где S — динамический коэффициент передачи базового тока вспомогательных транзисторов 3 и 4), то энергетические потери на позисторах невелики и влияние р0 собственного их разогрева на порог срабатывания исключается. В результате силовые транзисторы 1 и 2 открываются и напряжение на их коллекторах начинает уменьшаться. Известно, 65

60 что, контролируя величину и знак напряжения на коллекторном переходе (V<6 ), можно осуществить работу силовых транзисторов в заданном режиме независимо от изменения тока нагрузки. Оптимальному режиму, при котором суммарные потери в силовых транзисторах минималь ны, соответствует определенное оптимальное значение

К 6 . Обычно это режим неглубокого насыщения, близкий к граничному, при которому Я 0 °

Однако в связи со значительным разбросом собственных сопротивлений баз, эмиттера и коллектора силовых транзисторов 1 и 2 их Ч 8 gqy,также различны. Поэтому для надежной работы мощного ключа необходимо обеспечить индивидуальный контроль напряжений М„д для каждого и параллельно соединейных силовых транзисторов, развязав их базы от общего входного зажима.

Необходимость индивидуального регулирования Ч1,, а вместе с тем и тока базы в соответствии с изменением тока коллектора силовых транзисторов диктуется различием протекающих через них токов и наличием сильной зависимости усиления базового тока от величины тока коллектора и температуры каждого из параллельно соединенных транзисторов.

В соответствии с этим в транзисторном ключе предусмотрено индивидуальное слежение тока базы за током коллектора (нагрузки) каждого силового транзистора, которое осуществляется следующим образом.

При уменьшении потенциала коллекторов напряжение У„ силовых транзисторов 1 и 2 уменьшается и при до91I730

Формула изобретения стижении его заданного оптимального значения диоды 5 и 6 открываются.

При этом ток, протекающий через позисторы 8 и 9 и определяющий базовый ток вспомогательных транзисторов

3 и 4, через открытые диоды 5 и 6 начинает ответвляться в выходную цепь ключа, что приводит к уменьшению базового тока вспомогательных транзисторов 3 и 4, уменьшая на них падение напряжения и ограничивая та- 10 ким образом дальнейшее насыщение силовых транзисторов 1 и 2.

При увеличении тока нагрузки на" пряжения V<6 силовых транзисторов увеличиваются и диоды 5,6 начинают запираться, что приводит к увеличению базовых токов вспомогательных транзисторов 3 и 4 и уменьшению их выходных сопротивлений. В результате базовые токи силовых транзисто- 20 ров 1 и 2 увеличиваются, обеспечивая таким образом заданную степень насыщения.

Так как базы силовых транзисторов

1 и 2 на этапе регулирования насыщенного базового тока развязаны значительными динамическими сопротивлениями транзисторов 3 и 4 от общего входного зажима, то при этом обеспечивается индивидуальное слежение эа напряжением V (каждого из параллельно соединенных силовых транзисторов 1 и 2.

При переключении транзисторов наибольшему разбросу подвержено время выключения из-за наличия длительного этапа рассасывания избыточных носителей (tpggy ). Поскольку степень насыщения силовых транзисторов 1 и 2 до выключения поддерживают постоянной, то накопленные заряды иэбыточ- 40 ных носителей в структурах одинаковы. Идентичность tpa c и улучшение, таким образом, токораспределения при переключении достигается путем выравнивания запирающих силовые тран- 45 зисторы 1 и 2 обратных токов, проте кающих через обратные диоды 9 и 10 и входные цепи транзисторов. Это осуществляется включением последовательно с обратными диодами 9 и 10 резисторов 11 и 12.

Транзисторный ключ, содержащий и параллельно соединенных силовых транзисторов, два вспомогательных транзистора, один иэ которых подключен эмиттером к базе первого силового транзистора, базой через разделительный диод — к коллекторам силовых транзисторов, обратный диод и пять резисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены (n-2) вспомогательных транзисторов, (n-1) разделительных и (n-1) обратных диодов, (п-5) резисторов и и позисторов, причем второй и каждый из (и-2) введенных вспомогательных транзисторы подключены эмиттерами к базам соответствующих (и-1) силовых транзисторов, а базами через соответствующий разделительный диод — к коллекторам силовых транзисторов, каждый обратный диод включен с соответствующим резистором в последовательную цепь, выводы которой подключены параллельно эмиттер"коллекторному переходу соответствующего вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен ко входной шике, соединенной с первыми выводами позисторов, вторые выводы которых подключены к

Это дает возможность обеспечить выравнивание коллекторных токов силовых транзисторов 1 и 2 в условиях постоянства их температур.

Однако токораспределение в паралЛельно соединенных транзисторах в .значительной мере зависит от условий теплообмена между структурами и окружающей их средой, причем в схемах со слежением тока базы за током коллектора,. в которых используются режимы работы с невысокой степенью насыщения, близкие к граничным, температурные зависимости токораспределения и времени переключения силовых транзисторов наиболее выражены.

С учетом этого в транзисторном ключе предусмотрены индивидуальные термические ООС между каждым из силовых транзисторов и соответствующим позистором, являющимся регулятором насыщающего базового тока.

Термические OOC осуществляются путем непосредственного теплового контакта структуры силовых транзисторов

1 и 2 и позисторов 7 и 8, включенных в базовые цепи вспомогательных транзисторов 3 и 4. С изменением температуры структуры силового транзисто-. ра происходит согласное изменение сопротивления позистора и .противоположное изменение базового тока силового транзистора, в результате чего степень насыщения последнего поддерживается постоянной в широком диапазоне изменения температур. Этим достигается улучшение токораспределения в силовых транзисторах как в статике, так и при их переключении.

Кроме того, позисторы выполняют и свою прямую функцию тепловой защиты силовых транзисторов и ключа в целом.

Совокупность перечисленных выше мер позволяет обеспечить существенное повышение надежности работы мощного транзисторного ключа.

911730

Составитель Л. Багян

Техред М.Надь Корректор Л. Бокшан

Редактор Л. Пчелинская

Заказ 1149/51

Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 базам соответствунщих вспомогательных транзисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 505128, кл. Н 03 К 17/04, 1978.

2 ° Электричество . 1977, 9 10, с. 84 и 85 °