Активный двухпроводной ключ

Предлагаемая полезная модель относится к импульсной технике и может быть применена в различных коммутационных и сигнализирующих устройствах. Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение надежности и технологичности, упрощение монтажа на удаленных объектах, снижение стоимости. Поставленная задача достигается тем, что в выходную цепь введен дополнительный диод, обеспечивающий смещение рабочей точки выходного транзистора и, как следствие, удержание выходного каскада в режиме насыщения без применения дополнительного подключения цепей смещения к источнику питания, что позволило реализовать ключ с использованием двухпроводной схемы. 1 ил.

Предлагаемая полезная модель относится к импульсной технике и может быть применена в различных коммутационных и сигнализирующих устройствах.

Известен силовой ключ на полевом транзисторе, содержащий разделительный трансформатор, управляющий симистор с токоограничивающим резистором в цепи управления и полевой транзистор, включенный по схеме с общим истоком. Для подключения используются четыре проводника [1].

Известен полупроводниковый активный ключ (Smart Power Switch) типа BSP75, выполненный по трехпроводной схеме, с цепью смещения, подключенной к источнику питания [2].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является транзисторный ключ с тиристорным устройством управления (прототип) [3], подключенный к нагрузке по четырехпроводной схеме, содержащий источник питания, электрод транзисторного ключа любой проводимости положительным смещением подключен к тиристорному переключателю, между анодом тиристора и катодом диода, коллектором или эмиттером транзистора. Таким способом закрывают базу транзисторного ключа от связи с минусом, в том числе и через управляющий электрод тиристора. Через тиристорный переключатель протекает переменно изменяющийся рабочий ток от питающего входа, который в устройстве генератора подключают в замкнутую цепь эмиттера транзисторного ключа n-p-n проводимости через промежуточные резисторы. Тиристор открывается токами больше удерживающего и переводит базу транзисторного ключа в отрицательное смещение, а закрывается токами меньше удерживающего и переводит базу ключа транзистора в положительное смещение.

Недостатком прототипа является повышенная сложность, высокая стоимость, сложность монтажа при удаленном подключении, обусловленная применением четырехпроводной схемой подключения.

Поставленная цель достигается тем, что в активный двухпроводный транзисторный ключ, содержащий источник питания, подключенный к правому выводу нагрузки и общему проводу, транзисторный ключ n-p-n проводимости, выполненный по схеме с общим эмиттером с цепью смещения и устройство управления ключом, геркон, отличающийся тем, что в выходную цепь введен диод, обеспечивающий смещение рабочей точки транзисторного ключа во включенном состоянии, причем верхний контакт геркона соединен через резистор смещения с левым выводом нагрузки и анодом диода, катод которого соединен с коллектором транзисторного ключа, эмиттер транзисторного ключа соединен с общим проводом и, через резистор, с базой транзисторного ключа и нижним контактом геркона.

На чертеже представлена схема электрическая принципиальная активного двухпроводного транзисторного ключа (Фиг.1).

Активный двухпроводный ключ содержит устройство управления - геркон 1 через резистор смещения 3 и нагрузку подключенный к плюсовому выводу источника питания, второй вывод геркона подключен к базе транзисторного ключа 4 и второму резистора 2. Другой вывод второго резистора 2 соединен с эмиттером транзисторного ключа 4 и с минусовым выводом источника питания. Кроме этого к точке соединения резистора смещения 3 и нагрузке через диод 5, включенный в прямом направлении, подключен коллектор транзисторного ключа 4.

Устройство работает следующим образом.

При срабатывании геркона 1 транзисторный ключ 4 током базы, формируемом цепью смещения, состоящей из последовательно включенных резисторов 1 и 2 и через нагрузку подключенной к плюсовому выводу источника питания, открывается и подключает к минусовому выводу по цепи, состоящей из последовательно включенных диода 5 и перехода коллектор - эмиттер транзисторного ключа 4, введенного в режим насыщения, нагрузку. Удержание транзисторного ключа 4 в открытом состоянии при замкнутом герконе 1 происходит за счет подключения цепи смещения, состоящей из последовательно соединенных резисторов 3 и 2 к источнику напряжения, образованному прямым падением напряжения на p-n переходе диода 5 и остаточного напряжения коллектор-эмиттер открытого транзисторного ключа 4. При размыкании геркона 1 цепь смещения транзисторного ключа 4, состоящая из последовательно соединенных резисторов 3 и 2 разрывается и база транзисторного ключа, через резистор 2, подключается к минусовому выводу источника питания, что обеспечивает закрывание транзисторного ключа и защиту от его включения при высокочастотных наводках. Транзисторный ключ закрывается.

Повышение надежности устройства достигается за счет:

- использования меньшего количества элементов;

- работы геркона в режиме малых токов;

- защиты геркона от обратных выбросов тока при использовании индуктивной нагрузки;

- применения двухпроводной схемы подключения, обеспечивающей упрощение монтажа и минимизацию высокочастотных наводок.

В схеме активного транзисторного ключа используются геркон типа МКА101 и транзистор типа КТ817Г. Максимальный коммутируемый ток устройства - 1,5 А, рабочее напряжение от 3 до 60 В. Кроме этого, в схеме могут быть применены практически любые транзисторы как n-p-n, так и p-n-p типов, при этом изменяется на противоположную полярность включение диода и источника питания, полевые и IGBT транзисторы, в зависимости от величины требуемых токов коммутации.

Источники информации:

1. Патент на изобретение РФ 2340086, - 2008.

2. Каталог Elfa. - ELFA AB, 175 80 Jarfalla, Sweden, - 2009.

3. Патент на изобретение РФ 2343622, - 2009.

Активный двухпроводный ключ, содержащий источник питания, подключенный к правому выводу нагрузки и общему проводу, транзисторный ключ n-p-n проводимости, выполненный по схеме с общим эмиттером с цепью смещения, и устройство управления ключом, геркон, отличающийся тем, что в выходную цепь введен диод, обеспечивающий смещение рабочей точки транзисторного ключа во включенном состоянии, причем верхний контакт геркона соединен через резистор смещения с левым выводом нагрузки и анодом диода, катод которого соединен с коллектором транзисторного ключа, эмиттер транзисторного ключа соединен с общим проводом и через резистор с базой транзисторного ключа и нижним контактом геркона.