Устройство коммутации

 

УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ, содержащее источник напряжения, основной формирователь импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора, а также выпрямитель и элемент И, о тличающееся тем, что, с целью расширения функционсшьных возможностей и повышения надежности работы, введены дополнительный ключевой Транзистор, дополнительнь1й формирователь импульсов, два диода, трансфо.рматор, коммутирующий конденсатор , фильтр, компаратор, елок синхронизации и задающий генератор, выход которого соединен с тактовым входом блока синхронизации, прямой выход которого соединен с входом основного формирователя импульсов, инверсный выход через, дополнительный формирователь импульсов - с базой дополнительного ключевого транзистора , эмнттер которого соединен с первым выводом источника напрйжения , второй вывод которого соединен через первый диод в прямом направлении с коллектором основного ключевого транзистораj эмиттер которого соединен через второй диод в прямом направлении с коллектором дополнительного ключевого транзистора и непосредственно с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через коммутирующий конденсатор соединен с эмиттером дополни (Л тельного ключевого транзистора, а вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными шинами и-информационными входами компаратора, управляющий вход которого подключен к шине опорного сигнала, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен сд к управляющей шине, а выход - к 00 управляющему входу блока синхрониэации . о ел to

„„SU„„1058052 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5В Н 03 К 17/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, -

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3405001/18-21 (22) 29.03 ° 82 (46) 30.11. 83. Вюл. В 44 (72) Ю.С. Бараник (53) .681.32(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

9 231610, кл. И 03 К 17/72, 20.11.67.

2. Авторское свидетельство СССР

9 540373, кл. И 03 K 17/16, 25.12.76 (прототип). (54 ) (57 ) УСТРОИСТВО КОММУТАЦИИ, содержащее источник напряжения, основной формирователь импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора, а также выпрямитель и элемент И, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и повышения надежности работы, введены дополнительный ключевой транзистор, дополнительный формирователь импульсов, два диода, трансформатор, коммутирующий кон денсатор, фильтр, комПаратор, блок синхронизации и задающий генератор, выход которого соединен с тактовым входом блока синхронизации, прямой выход которого соединен с входом основного формирователя импульсов, инверсный выход через дополнительный формирователь импульсов — с базой дополнительного ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен через первый диод в прямом направлении с коллектором основного ключевого транзистора, эмиттер которого соединен через второй диод в прямом направлении с коллектором дополнительного ключевого транзистора и непосредственно с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через коммутирующий конденса- тор соединен с эмиттером дополнительного ключевого транзистора, а вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными шинами и- информационными входами компаратора, управляющий вход которого подключен к шине опорного сигнала, а выход соединен с первым входом элемента

И, второй вход которого подключен к управляющей шине, а выход — к управлякщему входу блока синхронизации.

1058052

Изобретение относится к автоматике и коммутационной технике.

Известны коммутаторы, содержащие ключевой транзистор, формирователь управляющих импульсов, выпрямитель, источник напряжения и генератор (11.

Недостатки указанного устройства - низкая надежность функционирования и узкие функциональные воэможности, Наиболее близким к предлагаемому является устройство коммутации, содержащее основной формирователь импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора, а также источник напряжения, выпрямитель и элемент И, первый вход которого соединен с управляющей шиной (2 ).

Недостатками известного устройства являются низкая надежность функционирования и узкие функциональные возможности.

Цель изобретения — повышение на.дежности работы и расширение функциональных воэможностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство коммутации, содержащее источник напряжения, основной формирователь импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора, а также выпрямитель и элемент И введены дополнительный ключевой тран зистор, дополнительный формирователь импульсов, два диода, трансформатор, коммутирунщий конденсатор, фильтр, компаратор, блок синхронизации и задающий генератор, выход которого соединен с тактовым входом блока синхронизации, прямой выход которого соединен с входом основного формирователя импульсов, инверсный выход через дополнительный формирователь импульсов - с базой дополнительного ключевого транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен через первый диод в прямом направлении с коллектором основного ключевого транзистора, эмиттер которого соединен через второЯ диод в прямом направлении с коллектором дополнительного ключевого транзистора и непосредственно с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через коммутирующиЯ конденсатор соединенс эмиттером дополнительного ключевого транзистора, а вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными шинами и информационными входами компаратора, управляющий вход ,которого подключен к шине опорного сигнала, а выход соединен с первым,входом элемента И, второй вход которого подключен к управляющей шине, а выход - к управляющему входу блока синхронизации.

На чертеже представлена функциональная схема коммутатора.

Схема содержит основной формирователь 1 импульсов, выход-которого соединен с базой основного ключевого транзистора 2; дополнительный

10 формирователь 3 импульсов, вход которого соединен с инверсным выходом блока 4 синхронизации, а выход - с базой дополнительного ключевого транзистора 5, коллектор которого через катод-анод диода б подключен к эмиттеру ключевого транзистора 2 и первому выводу первичной обмотки трансформатора 7; второй вывод которой через коммутирующий конденсатор 8 соединен с эмиттером ключевого транзистора 5 и первым выводом источника 9 напряжения, второй вывод которого через анод-катод диода 10 подключен к коллектору ключевого транзистора 2. Вход формирователя 1 импульсов соединен

:с прямым выходом блока 4 синхронизации, информационный вход которого соединен с выходом генератора 11, а управляющий вход подключен к вы— ходу элемента И 12, первый вход которого соединен с управляющей шиной 13, а второй вход — с выходом компаратора 14, управляющий вход

Э которого подключен к шине 15 опорного сигнала, а информационные входы - к выходным шинам 16 и выходам фильтра 17, входы которого через выпрямитель 18 соединены с выводами вторичной обмотки трансфор40 матора 7.

Функционирование устройства осуществляется следующим образом.

При подаче внешнего сигнала управления по шине 13 на первый вход

45 элемента И 12 и при наличии на втором входе, элемента И 12 разрешающего сигнала с выхода компаратора

14 подается сигнал на управляющий вход блока 4 синхронизации, который 0 с частотсй генератора 11 поочередно со сдвигом на половину периода возбуждает входы формирователей 1 и 3. На выходах формирователей 1 и 3 появляются импульсы управления.

При открывании транзистора 2 (транзистор 5 находится в закрытом состоянии) все напряжение источника 9 напряжения оказывается приложенным

:к первичной обмотке трансформатора 7, которая вместе с конденсато60 ром 8 образует колебательный кон,тур. Индуктивностью колебательного контура является индуктивность рассеяния первичной обмотки, приведенные к первичной стороне индуктив65 вость рассеяния вторичиоЯ обмотки

1058052 трансформатора 7 и индуктивность фильтра 17. Напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора 7 трансформируется во вторичную обмотку, в результате чего появляется ток во вторичной обмотке, заряжающий через выпрямитель 18 конденсатор фильтра 17.

Протекание тока по первичной. обмотке трансформатора 7 приводит к заряду конденсатора 8, в результате чего суммарная ЭДС в контуре уменьшается. Через определенное время после достижения некоторого максимального значения ток в первичной обмотке трансформатора 7 начинает снижаться и через время, равное половине периода собственной частоты контура, ток в контуре становится равным нулю. При этом форма тока близка к синусоидальной. За время протекания этого тока конденсатор 8 заряжается до напряжения примерно равного или до большого, чем напряжение источника 9 напряжения. После небольшой паузы (1-5 мкс), требуемой для исключения сквозных токов, возникающих за счет избыточных носителей в переходах транзисторов 2 и 5, по сигналу с выхода формирователя 3 открывается транзистор 5 (транэистор 2 находится в запертом состоянии). В этот полупериод происходит разряд конденсатора 8 по цепи: первичная обмотка трансформатора 7 - диод 6 - транзистор 5. Во вторичную обмотку при этом трансформируется импульс напряжения, форма которого практически равна импульсу в предыдущий такт, а ток также имеет форму, близкую к сииусоидальной. Через выпрямитель . 18 протекает ток и происходит дальнейший заряд конденсатора фильтра 17(Контуры, по которым протекает ток при включении транзисторов 2 и

5, практически не отличаются по параметрам, поэтому формы токов и напряжений иа обмотках трансформатора

7 идентичны. После прекращения тока по транзистору 5 напряжение иа кондвнсаторе 8 близко к нулю или имеет небольшое отрицательное значение.

Диоды 6 и 10 необходимы для защиты транзисторов 2 и 5 от обратных напряжений, определяемых конечным значением напряжения на конденсаторе 8.

Поочередное включение транзисторов

2 и 5 продолжается все время, пока на управляющем входе блока 4 .синхронизации присутствует разрешающий сигнал. К выходным шинам 16 подключается коьелутируемая нагрузка 2<, по крторой протекает ток разряда конденсатора фильтра 17. Это же напряжение подается иа вход компара- . тора 14, который производит сравнение этого напряжения с опорным сигналом, поданным по шине 15. В случае необходимости входные цепи ком.паратора 14 могут включать в себя делитель напряжения. Бсли входное напряжение меньше опорного сигнала, то на выходе компаратора 14 появляется сигнал, разрешающий работу транзисторов 2 и 5.

При превышении напряжения на конденсаторе фильтра 17 опорного сиг10 нала сигнал с выхода компаратора 14 снимается и через элемент И 12 блок

4 синхронизации, транзисторы 2 и 5 запираются на все время, пока сигнал на выходе компаратора 14 не из)5 менится. Изменяя значение опорногосигнала, можно получать на выходных шинах 16 необходимые напряжения и поддерживать их с необходимой точностью. При этом параметры нагрузки могут существенно отличаться от параметров источника 9 напряжения, т.е. напряжение источника .9 может . быть выше или ниже требуемого для нормальной работы нагрузки. Величина

25 напряжения, требуемого для нормального питания нагрузки, получается за счет установки необходимого значения опорного сигнала и выбора определенного соотношения числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 7, в реэуЪьтате чего трансформатор 7 может быть повышающим или.понижающим. Обратная связь через компаратор 14, элемент

И 12 и блок 4 синхронизации позволяет стабилизировать требуемое значение напряжения на нагрузке, подавать и снимать его по сигналу на управляющей шине 13, т.е. осуществлять коммутацию напряжения на наг40 рузке с одновременной стабилизацией требуемого значения напряжения. Рабочая частота генератора 11 выбирается. исходя из частотных .свойств транзисторов 2 и 5 и составляет

45 20-50 кГц. Синусоидальная форма тока позволяет исключить коммутационные потери в транзисторах 2 и 5, так как в момент включения и выключения транзисторов 2 и 5 ток через коллекторный вывод не протекает.

Таким образом, з а счет введения ряда элементов появится возможность использования предлагаемого уст-: ройства коммутации при несогласован ной с источником напряжения нагрузке. Например, при питании от источника напряжения 50 В можно получить иа нагрузке 10 В при токе, превышающем ток источника напряжения и ключевых транзисторов (ключей ) в

5 раз. Известные устройства не позволяют коммутировать токи большие,. чем те, на которые рассчитаны клюЯ чевые транзисторы.

1058052

Составитель Л.Багян

Редактор С.Квятковская Техред Т.Фанта. Корректор М. Шароши

Заказ 9600/57 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и,открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4