Магнитный мультивибратор

 

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в устройствах измерительной и вычислительной техники в качестве маломощных устройств электропитания, задающих генераторов повьшшнной частоты, устройств возбуждения мощных преобразователей напряжения. Цель изобретения - повышения КПД мультивибратора - достигается путем исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элементах схемы автозащиLA ,AjLAysJ ты от перегрузок, Для достижения поставленной цели трансформатор (т) тока выполнен на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса, в качестве управляемых активных элементов использованы тиристоры, а между базами переключающих транзисторов и общими выводами соответствующих тиристоров и первых токоограничивающих резисторов дополнительно подсоединены вторые токоограничивающие резисторы. На чертеже показаны: переключающие транзисторы 1 и 2, тиристоты 3 и 4, силовой Т с насьш;ающимся магнитопро- ; водом 5 и обмотками 9 и 10, Т тока на сердечнике 6 с прямоугольной петлей гистерезиса, имеющий обмотки 17 и 18, 19 и 20, резисторы 13-16. В описании изобретения приводится второй вариант выполнения мультивибратора , у которого Т тока содержит дополнительно вторую пару вторичных обмоток. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с & (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (50 4 Н 03 К 3/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21 ) 3627993/24-21 (22) 21.07.83 (46) 30.06.86. Бюл. Ф 24 (71) Ленинградский гидрометеорологический институт (72) В.А. Степанюк (53) 621.373(088.8) (56) Патент Великобритании и 1308695, кл. Н 03 К 3/30, 1969. (54) МАГНИТНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР (57) Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в устройствах измерительной и вычис лительной техники в качестве маломощных устройств электропитания, задающих генераторов повьш енной частоты, устройств возбуждения мощных преобразователей напряжения. Цель изобретения — повышения КПД мультивибратора — достигается путем исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элементах схемы автозащи„„SU,» 124143О ты от перегрузок. Для достижения поставленной цели трансформатор (Т) тока выполнен на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса, в качестве управляемых активных элементов использованы тиристоры, а между базами переключающих транзисторов и общими выводами соответствующих тиристоров и первых токоограничивающих резисторов дополнительно подсоединены вторые токоограничивающие резисторы.

На чертеже показаны: переключающие транзисторы 1 и 2, тиристоты 3 и 4, силовой Т с насыщающимся магнитопроводом 5 и обмотками 9 и 10, Т тока на сердечнике 6 с прямоугольной петлей гистерезиса,.имеющий обмотки 17 и 18, 19 и 20, резисторы 13-16. В описании изобретения приводится второй вариант выполнения мультивибратора, у которого Т тока содержит дополнительно вторую пару вторичных обмоток. 1 з.п. ф — лы, 4 ил.

12 .1430

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах измерительной и вычислительной техники и электроавтоматики в качестве маломощных устройств электропитания, эадащих генераторов повышенной частоты, устройств. возбуждения мощных преобразователей напряжения.

Цель изобретения — повышение КПД мультивибратора путем исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элементах схемы автоэащиты от перегрузок.

На фиг. 1 приведена электрическая схема магнитного мультивибратора; на фиг. 2 — подключение третьей пары обмоток трансформатора тока; на фиг. 3 и 4 — диаграммы процессов в обоих вариантах мультивибратора.

Магнитный мультивибратор (фиг. 1) содержит пару переключающих транзисторов 1 и 2, пару тиристоров 3 и 4, силовой трансформатор с насьпцающимся магнитоприводом 5 и трансформатор на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса 6, через первичные обмотки которого 7 и 8 коллекторы переключающих транзисторов l и 2 подключены к первичным обмоткам 9 и 10 силового трансформатора 5, вторичные обмотки которого 11 и 12 через первые токоограничивающие резисторы 13 и 14 и вторые токоограничивающие резисторы 15 и 16 подключены к базовым вы-. водам переключающих транзисторов и 2,а точки соединения первых и вторых токоограничивающих резисторов . подключены к анодам тиристоров 3 и 4, к .управляющим входам которых подключены, соответственно, шунтирующие их резисторы 17 и 18 и вторичные обмотки 19 и 20 трансформатора 6.

1О

2О

4О

Во втором варианте мультивибратора (фиг. 2) в трансформаторе 6 дополнительно введена дополнительная пара обмоток 21 и 22, включенных, соответственно, между базами переключающих транзисторов 1 и 2 и вторыми токоограничивающими резисторами 15 и 16.

Работа магнитного мультивибратора, являющегося релаксационным генератором с одним индуктивным накопителем энергии, распадается на два этапа.

На медленном этапе работы один иэ переключающих транзисторов, например

1, открыт, другой — соответственно

2 — закрыт.Основным процессом на этом этапе является накопление энергии магнитного поля в индуктивности первичной обмотки силового трансформатора 5 и перемагничивание его сердечника под воздействием питающего напряжения Е, приложенного через открытый переключающий транзистор 1 к первичной обмотке 9, Ток через транэистор (ikl) содержит приведенную к первичной обмотке составляющую то° ка нагрузки i и увеличивающуюся по амплитуде вторую составляющую тока

iL, определяемую индуктивностью обо Э мотки 9 трансформатора 5 в режиме перемагничивания магнитопровода последнего на крутом участке характеристики (см. фиг, 3). Укаэанный ток (i . ) выбирается ниже стартового знаем чения сердечника трансформатора, поэтому магнитопровод последнего находится в состоянии предыдущего намагничивания и напряжения на его обмотках отсутствуют. Развиваемое при этом напряжение на обмотке )1 трансформатора 5 через токоограничиваю;цие резисторы !3 и 15 обеспечивает фиксирование значений тока на базу переключающего транзистора, удерживаемого этим в насьпценном состоянии.

В варианте мультивибратора,(фиг. 2) пропусканием фиксированного тока базовой цепи транзистором 1 по обмотке

2! трансформатора 6 в его сердечнике создается удерживающее магнитное поле (см. фиг. 4), встречное поле силовой цепи. Благодаря этому в трансформаторе сердечники с низкими значениями коэрцитивного тока (и стартового либо один

1 и тот же серцечник может быть использован в мультивибраторах различной мощности при соответствующем изменении величины удерживающего поля выбором витков обмоток третьей пары.

Использование тока базовой цепи переключающих транзисторов для создания удерживающего магнитного поля возможно благодаря фиксированному значению этого тока, независимому от тока нагрузки и определяемому напряжением питания мультивибратора, постоянством трансформации этого напряжения в базовую обмотку силового трансформатора и постоянством величины сопротивления токоограничиваюших резис— торов в базовой цепи, а также благодаря синхронному изменению полярпос1241430 ти напряжения базовых обмоток, вызывак>щего этот ток, при переключении плеч мультивибратора.

Медленный этап работы мультивибратора продолжается в общем случае до тех пор, пока коллекторный ток переключающего транзистора не достигает некоторой величины ограничения, оп«1>еделяемой схемой и равной либо произведению базового тока транзистора на коэффициент его усиления, либо заданной активным сопротивлением силовой цепи. Последний вариант применяется для устройств незначительной мощности, а ограничение силового тока усилительными свойствами транзисторов приводит при использовании линейных силовых трансформаторов к зна.чительным перегрузкам транзисторов при приближении к моменту ограничения тока в схеме, в этом случае также значительно изменяется величина этого тока при вариациях коэффициента усилений транзисторов от температуры окружающей среды и др., что приводит к значительным изменениям длительности полупериодов генерируемых колебаний. Кроме того, указанные процессы имеют сильную зависимость от величины тока нагрузки. В связи с этим, преимущественно используются силовые трансформаторы с насьпцающимся магнитопроводом, при этом период генерируемых колебаний практически определяется лишь вольтсекундной емкостью первичной обмотки и величиной питающего напряжения, а быстрый этап работы мультивибратора, в течение которого протекают процессы переключения плеч последнего, практически начинается с момента резкого возрастания коллекторного тока при насьпцении сердечника трансформатора.

Процессы медленного этапа работы мультивибратора заканчиваются при достижении магнитопроводом силового трансформатора 5 насыщенного состояния — перехода магнитопровода с крутого участка своей характеристики намагничивания на пологий участок, на котором индуктивность коллекторной обмотки резко уменьшается (до индуктивности насыщения L, соизмеримой по величине с индуктивностью рассеяния обмотки) и, соответственно, резко возрастает скорость нарастания коллекторного тока (момент на диаграммах фиг. 3 и 4). С этого момента в схеме начинаются процессы быстрого этапа работы, завершающегося переключением плеч мультивибратора. С началом этого этапа нарастание коллекторного тока открытого переключающего транзистора 1 происходит. за счет увеличения скорости нарастания индуктивной составляющей тока— составляющая ig переходит в составо

1О ляющую (Ь +Ь ), скорость нарастания которой обеспечивает быстрое достижение стартового значения тока {i ) старт сердечника трансформатора 6, после чего -начинается перемагничивание последнего, а развиваемое на вторичной обмотке l.t напряжение вызывает в цепи управляющего электрода тиристора 3 ток, приводящий к его включению с некоторой задержкой, определяемой

Zg характеристиками тиристора, относительно момента С, . Открытый THpHctop шунтирует вход управляющей цепи переключающего транзистора 1, обеспечивая этим резкое, скачкообразное уменьшение базового тока последнего — остаточное значение тока снижается до величины, определяемой сопротивлением второго токоограничительного ре-: зистора 15 и разностью напряжений насьпцения открытого тиристора и порогового значения базо-эмиттерного перехода переключающего транзистора.

При этом, кроме того, возрастает ток, силовой цепи за счет увеличения тока,, отбираемого с обмотки ll (см. фиг.3).

В соответствии с диаграммами фиг. 4, .иллюстрирующими процессы во втором варианте мультивибратора, иа этом временном интервале за счет снятия удерживающего магнитного поля форсируется перемагничивание сердечника трансформатора 6 и соответственно возрастает ток в цепи управляющего электрода тиристора 3, Однако, не45 смотря на резкое уменьшение базового тока транзистора 1, в его базовой области сохраняется высокаяконцентрация неосновных носителей в связи с практически применяемым режимом гл 50 бокого насьпцения транзисторов, поэтому и его коллекторный ток будет продолжать нарастать соответственно росту индуктивной составляющей i(L++Lp).

В момент t завершается перемагничй55 вание сердечника трансформатора

6 при продожлжающемся нарастании :коллекторного тока трансформатора 1.

1241430

В момент t в снязи с обеднением неосновными носителями базовой области переключающего транзистора V u связанным с этим возрастанием сопро- 5 тинления его коллекторной цепи, ток транзистора достигает экстремума и затем начинает уменьшаться, приводя н момент экстремума к изменению полярности на базовых обмотках. 11 и 12 10 силового трансформатора. Благодаря этому изменившее полярность .напряжение на обмотке ll становится запирающим и форсирует дорассасынание базовой области транзистора 1, а. также приводит к вычислению тиристора 3, напряжение с обмотки 12 открывает второе плечо мультинибратора — переключающий транзистор 2 — н момент времени 1 . В зависимости от частот- 2g ных свойств выбранных переключающих транзисторов в интервале от 1,1 до t может наблюдаться режим сквозного тока, ограниченного по величине значениями индуктинностей рассеяния в 25 каждом из плеч.

При отсутствии тока нагрузки (либо при его уменьшенном значении) процессы при переключении плеч происходят аналогичным образом, с тем лишь З(1 отличием, что интервал времени t,o-t( существенно возрастает - на диаграмме тока i. (фиг. 3) этот случай кн< показан штрих-пунктирной линией, диаграммы процессов B мультинибраторе по второму варианту приведены раз( дельно для случаев L æ i((фиг 4а) о и ii =О (фиг. 46) и изображены в одиН иаковом масштабе времени.

В режиме короткого замыкания цепи

AG нагрузки (что равноценно шунтиронанию эквивалентных индуктинностей Ь и, соответственно, L первичных обмоток силового трансформатора индуктивносЯ тью рассеяния обмотки нагрузки) происходит аварийное переключение плеч мультивибратора, при этом процессы в схеме при протяженном во времени сохранении этого режима ограничиваются лишь чередующимися (н соответствии с переключениями плеч) быстрыми этапами работы мультивибратора, функцию токоограничительного элемента в коллекторной цепи открытого транзистора выполняет н этом случае индуктивность рассеяния первичной обмотки силового трансформатора мул»тинибратор переходит н резким генерации высокой частоты. Положительная обратная связь, поддерживающая режим антогенерации, обеспечивается благодаря взаимосвязи между коллекторными и базовыми обмотками, зашунтиронанной указанной индуктинностью рассеяния. Таким образом формируется делитель напряжения из последовательно соединенных индуктивности рассеяния коллекторной обмотки 1» и приГ веденной к базовой обмотке индуктивf ности рассеяния. обмотки нагрузки L напряжение с последней через индуктивность рассеяния базовой обмотки

H T0KooI 1>аничительные резисто»;,>bi обеспечивает ток в базовый переход транзистора. Этот резким, наиболее тяжелый для работы мультивибиратора, позволяет выбрать соотношения между параметрами элементов схемы антозащиты, обеспечивающими функционирование мультинибратора во всех режимах.

В итоге, н схеме автозащиты мультинибратора обеспечивае-ся импульсный характер отрицательной обратной связи по току переключающих транзисторов. Переключение сердечника с пря. моугольной петлей гестерезиса, на котором выполнен трансформатор 6, происходит по полному циклу домомента завершения переключения плеч мультинибратара; при этом указанный трансформатор благодаря его выполнению на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса выполняет функции датчика тока силовой цепи и порогового элемента„ определяющего момент перегрузки, и не рассеивает мощности, благодаря чему достигается основная цель данного технического решения, повьш(ение КПД устройства. Введением дополнительных обмоток в трансформа.торе 6 форсируется перемагничинание

".=ÿðäe-(ника трансформатора, что сокра. шает время его перемагничинания и кроме того, расширяет возможность технической реализации предлагаемых устройстн при ограниченной номенклатуре сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса.

Таким образом, магнитный мультинибратор по сравнению с известным имеет более высокое значение IGIg за счет исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элементах схемы анто"- ага ты, 1241430

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я к об ей шине о т л

1. Магнитный мультивибратор, содержащий два переключающих транзистора, два управляющих активных элемента, силовой трансформатор и трансформатор тока, через соответствующие первичные обмотки которого коллекторы переключающих транзисторов подсоединены к первым выводам первичных обмоток силового трансформатора, вторичные обмотки которого через соответствующие токоограничивающие резисторы подсоединены к базо-эмиттерным цепям переключающих транзисторов и выходным электродам управляющих активных элементов, параллельно входам которых подсоединены параллельно соединенные соответствующие резисторы и вторичные обмотки трансформатора тока. вторые выводы первичных обмоток силового трансформатора подсоединены к шине питания, эмиттеры переключающих транзисторов подсоединены щ ичающий с я тем, что, с целью повышения КПД путем исключения непрерывного рассеяния мощности силовой цепи на элементах схемы автозащиты от перегрузок, трансформатор тока выполнен на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса, в качестве управляющих активных элементов использованы ти10 ристоры, а между базами переключающих транзисторов и общими выводами соответствующих тиристоров и первых токоограничивающих резисторов дополнительно подсоединены вторые токоог15 раничивающие резисторы.

2. Иультивибратор по п. I, о т— л и ч а ю шийся тем, что трансформатор тока содержит дополнитель2О но вторую пару вторичных обмоток, которые включены в соответствующие цепи баз переключающих транзисторов последовательно с вторыми токоограничивающими резисторами °

1Ы1410

Ф

"o +»

+8(t

-8

-8p

-8г

"8щ

Составитель В. Якимов

Техред Н.Бонкапо Корректор А, Зимокосов

Редактор А. Долинич

Заказ 3611/53 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4