Магнитно-транзисторный ключ

 

ГОСУДАРСТВЕННЬФ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ру) Н 03 К t7/60 (21) 4418968/21 (22) 03.35.88 (46) 30.05.91. Бюл. Р 20 (71) Московский энергетический институт (72). А.П.Балковой, С.Г.Бузыкин, А.П.Габон, Б.А.Глебов, В.И.Голиков и Н.Б. Рожнин (53) 621.382 (088.8) (56) Klaus Rischmuller. Darlington «

Nadule mit designer Shaltverlusten. . Е1ес гопз .с, 1983, 9 18, s.108-112.

Завьялов М.П. Оптимизация параметров токовых трансформаторов в цепях управления транзисторных усили;телей мощности. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции: "Проблемы преобразовательной техники". Киев; ч.3, 1979, с.163, рис.2. (54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛОЧ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова но в системах регулирования и управления. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия. Магнитно-транзисторный ключ содержит силовые транзисторы t — 4, подключенные к шинам 5, 6 источника постоянного напряжения по схеме моста, в диагонали которого нагрузка 7, управляющие трансформаторы 8 — 11 тока с первичньмн обмотками 12 — 15 и вторичными обмотками 16 — 19, дополнительный трансформатор 20 тока с секциями 21, 22 первичной обмотки, вторичной об- ф моткой 23 и цепью 24 вывода энергии, токоизмерительный резистор 25, диод

26, конденсатор 27, источник 28 тока смещения, вспомогательные ключи 29, .! 653150

30, управляющие входы которых подклюгчены к выходам 32„33 устройства 31 управления, имеющего измерительную входную цепь 34, пороговый элемент

35, триггер 36, логические элементы

ИЛИ 37, И 38, 39 и два управляющих

Изобретение относится к импульсной технике и мажет быть использовано в системах регулирования и управления, в электроприводе„ в устройствах автоматики.

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия.

На фиг.1 приведен вариант реализации устройства; на фиг„? — вариант выполнения управляющих трансформаторов тока в виде единого магнитного узла.

Магнитно-транзисторный ключ содержит силовые транзисторы 1 — 4, подключенные к винам 5, 6 источника постоянного напряжения па схеме моста, в диагонали которого включена нагрузка 7, управляющие трансформаторы 8 - 11 тока с первичными обмотками

12 " 15 и вторичными обмотками 16—

19, дополнительный трансформатор 20 тока с секциями 21, 22 первичной обмотки, вторичной обмоткой 23 и цепью

24 вывода энергии, такоизмерительный резистор 25, диод 26, конденсатор 27, источник 28 тока смещения,вспомогательные ключи 29, 30, устройства 31 управления с выходамн 32, 33 и с измерительной входной цепью 34.

Устройство управления содержит пороговый элемент 35, триггер 36, логический элемент ИЛИ 31, два логических элемента H 38, 39 и два управляющих входа 40, 41, Выводы нагрузки 7 через переходы коллектор — база силовых транзисторов 1, 2 соединены с ниной 5 и соединены с другой шиной 6 через соединительные последовательно секцию

21 дополнительнага трансформатора

20 тока и переход коллек-ор — база силового транзистора 3 и через включенные последовательно секцию 22 первичной обмотки дополнительного транс форматора 20 токаи переход коллектор— база силового транзистора 4. Вторичная

35 входа 40, 41 Введение дополнительного трансформатора 20 тока, резистора 25, диода 26, конденсатора 27 и .источника 28 позволяют обеспечить комплексную защиту устройства и повысить его надежность. 2 ил. обмотка 23 дойолнительного трансформатора 20 тока, токоизмерительный резистор 25 и диод 26 образуют после.довательную цепь, к выводам которой подключены: источник 28 тока смешения, конденсатор 27; цепь из включен" ных последовательно и согласно первичных обмоток 12, 14 управляющих трансформаторов 8, 11 тока и вспомогательного ключа 29; цепь из включенных последовательно и согласно первичных обмоток 13, 15 управляющих трансформаторов 9, 10 тока и вспомогательного ключа 30. Вторичные обмотки 16 и 19 управляющих трансформаторов 8 и 11 тока включены каждая между базой и эмиттером силовых транзисторов соответственно

1 и 4. Вторичные обмотки 17, 18 управляющих трансформаторов тока 9, l0 включены каждая между базой и эмиттером силовых транзисторов 2 и

3 соответственно.

Сущность изобретения не изменится, если каждый из выводов нагрузки;

7 соединить с шиной 6 через переход коллектор — база силового транзистора 3 и 4 соответственно а с шиной

5 — через цепь из саединенньгх последо- вательна секций 21, 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора

20 тока и переход коллектор - база силового транзистора 1 и 2 соответственно. Можно также в цепи соединенных последовательно секций первичной обмотки и перехода коллектор - база силового транзистора указанные элементы поменять местами. В последнем случае секции первичной обмотки могут быть включены параллельно или обмотка может содержать единственную секцию.

Входные цепи вспомогательных ключей 29, 30 подключены к выходам устройства 31 управления, имеющего два

5 16531 управляющих входа 40, 41, а токоизмерительный резистор 25 подключен к входной цепи порогового элемента 35, которая одновременно является измерительной цепью устройства 31 управления . Выход порогового элемента 35 подключен к R-входу триггера 36, а

S-вход этого триггера через элемент

ИЛИ 37 соединен с первыми входами логических:элементов: И 38 и 39, у которых вторые входы подключены к выходу триггера 36. Первые входы логических элементов И 38 и 39 являются одновременно первым и вторым уп- 15 равляющими входами 40 и 41 устройства

31 управления.

11ринцип действия магнитно-транзисторного ключа состоит в следующем.

При поступлении отпирающего сиг- 20 нала, например, на вход 40 триггер

36 устанавливается в состояние с высоким уровнем на выходе, а элемент

И 38 пропускает отпирающий сигнал на управляющий вход вспомогательного 25 ключа 29, что вызывает переход его в состояние высокой проводимости. Ток источника 28 и ток разряда конденсатора 27, до этого заряженного источником 28 тока -смещения, начинают йротекать по первичным обмоткам 12, 14 и вспомогательному ключу 29. Трансформация тока первичных обмоток 12, 14 во вторичные обмотки 16, 19 вызывает отпирание (начальное) силовых транзисторов 1 и 4. При этом начинает

35 протекать ток от шины 5 через цепь иэ соединенных последовательно перехода коллектор — эмиттер силового транзистора 1, обмотку 16, нагрузку

7, секцию 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20, переход коллектор — эмиттер силового транзистора 4 обмотку 19. Из секции

22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20-ток трансформируется во вторичную обмотку 23 этого трансформатора. Ток обмотки 23, пропорциональный току нагрузки, протекающему по секции 22, замыкается через диод 26, первичные обмотки 12, 14 управляющих трансформаторов 8 и 11, вспомогательный ключ 29 и токоизмерительный резистор 25. Этот ток, трансформируясь во вторичные обмотки 16 и 19, обеспечивает протекание по

55 эмиттерным цепям силовых транзисторов тока, большего, чем ток нагрузки 7, протекающий по коллекторным цепям

50 6 силовых транзисторов 1 и 4. Вследствие этого силовые транзисторы переходят в режим насыщения, причем между отпирающим эмиттерным током и током коллекторного перехода устанавливается пропорциональная связь, а коэффициент пропорциональности соответствующим выбором коэффициентов трансформации дополнительного и управпяющих трансформаторов устанавливается большим единицы.

Снятие отпирающего сигнала с вхо-- да 40 вызывает появление на выходе элемента 38 логического "0", т.е. во входной цепи вспомогательного ключа

29 исчезает отпирающий сигнал, ключ переходит в состояние низкой проводимости, и цепь обмоток 12, 14 разрьтвается. При этом в цепи эмиттеров силовых транзистров i и 4 протекание отпирающего тока также прекращается, а вторичные обмотки 16 и 19 становятся значительными индуктивными сопротивлениями., Фактически происходит разрыв эмиттерных цепей силовых транзисторов 1 и 4, что обуславливает отсутствие вторичного пробоя при запирании указанных транзисторов, а также повышает быстродействие, поскольку режим их управления соответствует наиболее быстродействующей схеме управления с общей базой.

После размыкания вспомогательного ключа 29 ток через нагрузку 7 продолжает протекать в течение времени, необходимого для рассасывания зарядов в базах силовых транзисторов 1 и 4 и запирания их коллекторных переходов. На этом этапе ток обмотки

23 замыкается через конденсатор 27.

При последующем включении другого вспомогательного ключа 30 или того же самого накопленный в конденсаторе

27 заряд используется для форсирова. ния процесса включения силовых транзисторов, принадлежащих противолежащим плечам моста.

После запирания силовых транзисторов энергия, накопленная в трансформаторах, рассеивается в цепях вывода энергии или возвращается в источник питания с помощью, например цепи 24.

В варианте выполнения управляющих трансформаторов тока противолежащих плеч моста в виде единого магнит. ного узла общая первичная обмотка каждой пары управляющих трансформаторов тока магнитно связана с двумя сердечника1653150 ми, на которых расположены по одной вторичной обмотке, а поэтому токи этик обмоток пропорциональны току общей первичной обмотки, замыкающему5 ся через соответствующий вспомогательный ключ.

Если по какой-либо причине (перегрузка, к. з. в нагрузке, выход из строя одного из силовых транзисторов) 10 произойдет возрастание тока в цепи обмотки 23 выше заранее заданного порогового уровня, на выходе порогового элемента 35 появится сигнал, .которым триггер 36 перейдет в состояние "0", а через логические элементы

И 38, 39 перестанет передаваться отпирающий сигнал на входы вспомогательных ключей 29, 30. Таким образом обеспечивается комплексная защита всего устройства и повышается его функциональная надежность.

Формула изобретения

1. Магнитно-транзисторный ключ, содержащий четыре силовых транзистора выходная цепь каждого из которых включена в соответствующее плечо мос-" та, в одну диагональ которого включена нагрузка, а другая диагональ соединена с шинами источника постоянного напряжения, четыре управляющих трансформатора, два вспомогательных ключа и устройство управления, о т л и— ч а ю шийся тем что с целью поФ и вышения надежности и быстродействия „ введены дополнительный трансформатор тока, токоизмерительный резистор, диод, кОнденсатор и источник тока смещения,причем одна шина питания соединена с первым и вторым выводами нагрузки через коллекторно-базовый переход соответственно первого и второго силовых транзисторов, другая шиначерез цепь из соединенных последовательно секции первичной обмотки дополнительного трансформатора тока и коллекторно-базового перехода соответственно третьего и четвертого силовых транзисторов, вторичная обмотка дополнительного трансформатора тока, токоизмерительный резистор и диод образуют последовательную цепь, к выводам которой подключены параллельно конденсатор, источник тока смещения, цепь из последовательно соединенных первого вспомогательного ключа и первичных обмоток первой пары управляющих трансформаторов тока, у которых вторичные обмотки включены между эмиттером и базой соответственно первого и четвертого силовых транзисторов, цепь иэ последовательно соединенных второго вспомогательного ключа и первичных обмоток второй пары управляющих трансформаторов тока, у которых вторичные об» мотки включены между эмиттером и базой соответственно второго и третьего силовых транзисторов, управляющие входы вспомогательных ключей соединены с соответствующими выходами устройства управления, измерительная входная цепь которого подключена к токоизмерительному резистору.

2. Ключ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что каждая пара управляющих трансформаторов тока выполнена в виде единого магнитного. узла, содержащего два сердечника, причем последовательно соединенные первич» ные обмотки каждой пары управляющих трансформаторов тока магнитносвязаны с двумя соответствующими сердечниками, на каждом из которых размещена вторичная обмотка соответствующего трансформатора.

Составитель Л,Багян

Редактор И.Келемеш ТехредЛ.Олийнык, Корректор М.Самборская

Заказ 1781 Тираж 485, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101