ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в импульсной технике и автоматике при проектировании ключевых усилителей мощности, силовых инверторов и преобразователей напряжения.
Известен транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, силовая цепь которого подключена к выходным выводам, а управляющая цепь присоединена к блоку управления. В состав блока управления входит компаратор, источник опорного напряжения и две оптопары (1). Недостатком известного устройства является низкая надежность работы при высоком уровне помех.
Наиболее близким к данной полезной модели устройством является транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, силовая цепь которого подключена к выходным выводам, а управляющая цепь подсоединена к выходу блока управления. Вход блока управления подключен к выходу компаратора с резистором положительной связи. Входы компаратора присоединены через резисторы к источнику опорного напряжения, а так же к фотодиодам оптопар, соединенным между собой встречно параллельно (2).
При переключении входных управляющих цепей возможно несанкционированное включение обеих опторар 8, которое может привести к ложному срабатыванию компаратора и, следовательно, всего устройства, т.е. снижению надежности его работы. Кроме того, при нормальной работе схемы неосвещенный фотодиод оптопары всегда находится под обратным напряжением, равным фотоЭДС освещенного фотодиода, в результате чего оптопары могут выйти из строя и схема перестанет функционировать.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение надежности работы устройства путем исключения ложного срабатывания схемы при переключении источников
управляющих сигналов и аварийного режима работы диодов оптопар при штатном режиме работы схемы.
Технический результат достигается тем, что в транзисторном ключе, содержащем силовой транзистор, силовая цепь которого подключена к выходным выводам, а управляющая цепь - к выходу узла управления, который содержит цепи отпирания и запирания силового транзистора, выход узла управления подключен к выходу компаратора, охваченного положительной обратной связью, два резистора, одни из выводов которых подключены к первому выводу источника опорного напряжения, а вторые - к соответствующим входам компаратора, две оптопары, светодиоды которых присоединены соответственно к входным выводам, предназначенным для подключения к источникам противофазных управляющих сигналов (2), каждый из входов компаратора присоединен к второму выводу источника опорного напряжения через фотодиод соответствующей оптопары, включенный в обратном направлении относительно полярности источника опорного напряжения.
На чертеже представлена электрическая схема транзисторного ключа.
оп
Устройство содержит силовой транзистор 1, силовая цепь которого подключена к выходным выводам, а управляющая - к выходу блока управления 2, в состав которого входит цепь отпирания 3 и цепь запирания 4 транзистора 1. Вход блока управления 2 соединен с выходом компаратора 5, охваченного положительной обратной связью, организованной с помощью резистора положительной обратной связи, соединяющего выход компаратора с его прямым входом. Первый вывод источника опорного напряжения (U) присоединен к одним их выводов резисторов 6, 7, а второй - к фоторезисторам оптопар 8, 9. Светодиоды оптопар 8, 9 присоединены к входным выводам 10, 11, предназначенным для подключения к источникам противофазных управляющих сигналов.
Транзисторный ключ работает следующим образом.
На входные выводы 10, 11 подаются противофазные управляющие сигналы. При нулевом уровне входного сигнала на выводах 10 оптопара 8 выключена, а оптопара 9 включена. При этом на первом входе компаратора 5 формируется сигнал, равный напряжению опорного источника напряжения. На выходе компаратора 5 присутствует сигнал высокого уровня, при котором цепь запирания 4 узла управления 2 снимает запирающее смещение с базы транзистора 1, а цепь отпирания 3 обеспечивает протекание его прямого тока. Транзистор 1 отпирается и удерживается в этом состоянии до смены комбинации управляющих импульсов.
При поступлении входного сигнала на выводы 10 включается оптопара 8 и выключается оптопара 9. Фототок освещенного фотодиода протекает через резистор 6, при этом на первом входе компаратора 5 присутствует
минимальный входной сигнал, в результате чего компаратор 5 переключается, формируя на своем выходе сигнал низкого уровня, который запирает силовой транзистор (цепь отпирания 3 не подает отпирающий транзистор ток, а цепь запирания 4 обеспечивает запирающее смещение его управляющей цепи). При очередной смене полярности входных сигналов процессы повторяются. Источник опорного напряжения совместно с резисторами 6, 7 формирует на входах компаратора синфазные напряжения, обеспечивая дифференциальный режим его работы.
Цепи отпирания 3 и запирания 4 могут быть выполнены по любым известным схемам, например, (2, Фиг.2) или просто в виде резистора, включенного между базой и эмиттером силового транзистора.
В случае применения транзисторного ключа в маломощных устройствах возможно подключение управляющего входа транзистора 1 непосредственно к выходу компаратора 5. В этом режиме функции цепей отпирания и запирания выполняют выходные каскады компаратора 5.
При переключении источников входных управляющих сигналов возможно несанкционированное включение диодов обеих оптопар 8, 9. Однако благодаря тому, что каждый из входов компаратора присоединен к второму выводу источника опорного напряжения через фотодиод соответствующей оптопары, включенный в обратном направлении относительно полярности источника опорного напряжения, компаратор 5 не выдает ложного сигнала переключения на своем выходе, который может вызвать ложное срабатывание схемы. При этом к фотодиодам оптопар никогда не прикладывается обратное напряжение, способное вывести их из рабочего состояния.
Высокая надежность работы транзисторного ключа делает его наиболее предпочтительным при проектировании коммутаторов, используемых в усилителях, преобразователях напряжения и силовых инверторах.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
IEЕЕ Transactions on Industrial Electronics. Vol.IE-33, №2, 1986, p.185-192, sig 11.
SU 1798912 A3, H 03 К 17/60, 1993 г.