154629. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés kapcsolóüzemű erősítők átkapcsolási veszteségének, vagy mechanikai működésű áramszakítók igénybevételének csökkentésére
3 154629 4 A kapcsolóüzemű erősítők kimenő teljesítményét elsősorban a kollektorveszteség által okozott melegedés korlátozza. A Ti idő alatti maradékfeszültség, ill. a T"2 idő alatti maradékáram csökkentésére hatásos eszközök, állnak rendelkezésre, így a kollektorveszteség zömét, de legalábbis jelentős részét a ti, ill. T2 idő alatt keletkezett veszteség teszi ki. E veszteség csökkentésére legkézenfekvőbbnek látszik a Ti, ill. T2 idő csökkentése, ennek azonban határt szab egyrészt a tranzisztor önideje, másrészt a túlságosan meredek jelhomlok miatt a vezérlő áramkörben fellépő nehézségek. A ti idő csökkentését korlátozza ezenfelül a túlságosan gyors terhelésesöklkenés esetén az áramforrás belső impedanciáján fellépő Aüb\ induktív feszültség növekedése is. A kapcsolóüzemű erősítők terhelhetőségének másik korláta az átkapcsolás alatt, elsősorban a zárási periódusban a tranzisztoron, ill. egyéb aktív áramköri elemen fellépő teljesítmény^maximum értéke. Ha ugyanis a még tekintélyes áramot Vezető, tehát töltéshordozókkal telt tranzisztor kapcsain hirtelen nagymértékű feszültségugrás vagy feszültségemeilkedés következik be, ez a töltéshordozók nem egyenletes elosztása következtében átmeneti helyi felmelegedéshez és kollektor-emmítter zárlathoz vezethet. Lényegében a fentiekhez hasonló jelenségek játszódnak le olyan erősítőkben is, amelyebben a tranzisztor helyett egyéb erősítésre alkalmas elemeik, pl. elektroncső, thyratron, tlhyristor stb. kerülnék alkalmazásra. A találmány lényege egyrészt az a felismerés, hogy az aktív áramköri elemet tartalmazó áramkörbe megfelelőien kapcsolt kapacitív impedancia alkalmazásával a zárás alatt az iktív elemre eső feszültség és áraimterihelós időben egymáshoz képest kedvező eltolásával az aktív elemen fellépő átkapcsolási veszteség nagymértékben csökkenthető, és hogy a kapacitív impedanciának nem-lineáris elemmel való kiegészítésével a kapacitásnak a nyitási periódusban káros áramlökés't előidéző hatása is megszüntethető. A találmány lényege másrészt az a felismerés, hogy az aktív áramköri elemet tartalmazó áramkörbe beiktatott soros induktív impedancia alkalmazásával a nyitási veszteség jelentősen csökkenthető, ugyanakkor az induktív impedanciának nem-lineáris elemmel való kiegészítésével a soros impedancián a zárási periódusban keletkező feszültséguigrás jelentősen csökkenthető, s végül a soros induktív és a párhuzamos kapacitív impedanciának egyidejű alkalmazásával a soros impedancia által okozott feszültségugrás káros 'hatása kiküszöbölhető. A Fig. 3 szerinti kapcsolásban a tranzisztor kimenő kapcsai közé Ci kapacitás van kötve. A kapacitás jelenléte miatt az Uc kollektorfeszültség nem változhat ugrásszerűen, minthogy a kapacitás feltöltéséhez idő kell. Feltételezve, hogy a D diódával lezárt Z impedancia időállandója sokkal nagyobb, mint Tt, ill. TL> idők. a terhelő J arám hullámossága elhanyagolható,, s feltételezhető, hogy 5 J = állandó. Ha még feltételezzük, hogy az áramforrás Zb belső impedanciája elhanyagolható, tehát Zt>=0, a tranzisztor zárásakor, mindaddig, míg az Uc 10 kollektorfeszültség meg nem haladja az U& feszültséget, s a D dióda nem kezd vezetni, Jc + Jci = J 15 egyenlőség áll fenn. Tekintve, hogy a Cx kondenzátort töltő lei áram a TX idő alatt 25 JCJ = J—— Ti A Ci kapacitás feszültsége — ami egyenlő az Uc kollektorfeszültséggel — ' t U, =— J — dt =-7r- -7T Ci J T, 2 Ci Ti 40 összefüggés szerint, azaz négyzetesen változik. Az áram és feszültség változását — különböző kapacitásértékek esetén a Fig. 4 mutatja. Ha a kapacitást úgy méretezzük, hogy az Uc kollektorfeszültség éppen Ti idő alatt érje el az U& 45 feszültség értékét, úgy a feszültség az a görbe szerint változik. A tranzisztoron fellépő átkapcsolási veszteség ez esetben nyilvánvalóan lényegesen kisebb, mint a Fig. 2 szerinti. 50 Kimutatható, hogy a Ti idő alatt keletkező veszteség Vi =-^ Vb JTÍ 55 tehát a kapacitás alkalmazása nélkül fellépő veszteségnek csupán egyihátoda. A Pc kollektorteljesítmény maxiimuima pedig 60 4 Pc max == „_ Uft J tehát alig több, mint a Ci kapacitás nélkül f el-65 lépő teljesítmény-maximum egyhetiede. Ha az 2
