Реверсивный полупроводниковый коммутатор, работающий на индуктивную нагрузку

Авторы патента:

H03K17/00 - Схемы для генерирования электрических импульсов; моностабильные, бистабильные или мультистабильные схемы (H03K 4/00 имеет преимущество; для цифровых вычислительных машин G06F 1/025)

Владельцы патента RU 2562778:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, работающим на индуктивную нагрузку. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и уменьшении расхода электрической энергии. Устройство содержит четыре ключа, источник постоянного напряжения и индуктивную нагрузку. В качестве первого и третьего ключей использованы тиристоры, второго и четвертого ключей - транзисторы. Катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего диода и анод соединен с катодом соответствующего диода. Второй вывод первого ключа и первый вывод второго ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Второй вывод третьего ключа и первый вывод четвертого ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к переключающим устройствам и может быть использовано в электротехнике для замыкания и размыкания электрической цепи переменного тока в заданные промежутки времени.

Известно устройство замыкания и размыкания электрической цепи, выполненное на четырех полупроводниковых ключах, в качестве которых использованы четыре тиристора, содержащее источник постоянного напряжения и RLC нагрузку. Аноды первого и четвертого тиристоров объединены и подсоединены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Катод первого тиристора и анод второго тиристора объединены и соединены с RLC нагрузкой. Катод четвертого тиристора и анод третьего тиристора объединены и соединены с RLC нагрузкой. Катоды второго и третьего тиристоров объединены и подсоединены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения (Лабунцов В.Α., Ривкин Г.Α., Шевченко Г.И. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Автономные тиристорные инверторы / В.А. Лабунцов, Г.А. Ривкин, Г.И. Шевченко. - М.: Энергия, 1967. - СП, рис. 2б).

Основным недостатком описанного устройства является пониженная надежность вследствие сильного влияния нагрузки на условия коммутации за счет вхождения ее в состав RLC нагрузки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является инвертор, работающий на активную нагрузку, выполненный на четырех полупроводниковых ключах, содержащий источник постоянного напряжения и нагрузку. Второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. Второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения. В качестве полупроводниковых ключей использованы транзисторы со встречно-параллельно соединенными диодами. Нагрузка использована активная. ЭДС самоиндукции, возникающая при коммутации индуктивной нагрузки, замыкается с помощью пары диагонально включенных диодов, если это возможно, через источник постоянного напряжения (Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи / В.С. Моин. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С. 307, рис. 8.24, е).

Основными недостатками описанного инвертора являются низкая надежность ввиду отсутствия защищенности от ЭДС самоиндукции, возникающей при коммутации индуктивной нагрузки, повышенный расход электрической энергии на управление открытием и удержание в рабочем состоянии четырех транзисторов, а также необходимость в дополнительных изолированных источниках питания для управления транзисторами и в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей, что затягивает процесс переключения при разнообразной величине нагрузки.

Изобретением решается задача повышения надежности за счет надежной нейтрализации действия ЭДС самоиндукции при коммутации индуктивной нагрузки, уменьшения расхода электрической энергии и обеспечения отсутствия необходимости в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей за счет изменения схемы подключения полупроводниковых ключей.

Для решения поставленной задачи в реверсивном полупроводниковом коммутаторе, выполненном на четырех полупроводниковых ключах, содержащем источник постоянного напряжения и нагрузку, причем второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки, первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения, второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки, второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, в качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы, согласно изобретению в качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры. При этом катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода, а нагрузка исполнена индуктивной.

Обеспечение возможности повышения надежности устройства и уменьшения расхода электрической энергии обусловлено введением вместо двух транзисторов двух тиристоров со встречно-параллельно включенными диодами, обеспечивающих протекание ЭДС самоиндукции через диод и работающий тиристор без замыкания ЭДС через источник постоянного напряжения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная электрическая схема реверсивного полупроводникового коммутатора, работающего на индуктивную нагрузку.

Кроме того, на чертеже дополнительно изображено следующее:

- L - индуктивная нагрузка;

- VD1 и VD2 - полупроводниковые диоды;

- Т1 и Т3 - тиристоры;

- Т2 и Т4 - транзисторы;

- К1-К4 - полупроводниковые ключи;

- прямая линия со стрелкой вдоль индуктивной нагрузки - положительное направление постоянного тока;

- пунктирная линия со стрелкой вдоль индуктивной нагрузки - отрицательное направление постоянного тока.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор содержит четыре полупроводниковых ключа, источник постоянного напряжения и индуктивную нагрузку. В качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры, причем катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, а анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода. В качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы. Второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки. Первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения. Второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки. Второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор, работающий на индуктивную нагрузку, выполнен на полупроводниковых ключах первом (К1), втором (К2), третьем (К3) и четвертом (К4).

Первый вывод 1 первого (К1) полупроводникового ключа и первый вывод 2 третьего (К3) полупроводникового ключа, в качестве которых использованы тиристоры 3 (Т1) и тиристоры 4 (Т3), а также диоды 5 (VD1) и диоды 6 (VD2) соответственно, подключены к положительному выводу 7 источника постоянного напряжения. Катод тиристора 3 (Т1) соединен с анодом полупроводникового диода 5 (VD1), а анод тиристора 3 (Т1) соединен с катодом полупроводникового диода 5 (VD1). Катод тиристора 4 (Т3) соединен с анодом полупроводникового диода 6 (VD2), а анод тиристора 4 (Т3) соединен с катодом полупроводникового диода 6 (VD2).

Второй вывод 8 первого (К1) полупроводникового ключа и первый вывод второго (К2) полупроводникового ключа, то есть коллектор 9 транзистора 10 (Т2) второго (К2) полупроводникового ключа, объединены и соединены с первым выводом 11 индуктивной нагрузки 12 (L).

Второй вывод 13 третьего (К3) полупроводникового ключа и первый вывод четвертого (К4) полупроводникового ключа, то есть коллектор 14 транзистора 15 (Т4) четвертого (К4) полупроводникового ключа, объединены и соединены со вторым выводом 16 индуктивной нагрузки 12 (L).

Второй вывод второго (К2) полупроводникового ключа, то есть эмиттер 17 транзистора 10 (Т2), и второй вывод четвертого (К4) полупроводникового ключа, то есть эмиттер 18 транзистора 15 (Т4), объединены и подключены к отрицательному выводу 19 источника постоянного напряжения.

Работа реверсивного полупроводникового коммутатора, работающего на индуктивную нагрузку, происходит следующим образом.

При подаче управляющих сигналов на управляющий электрод тиристора 3 (Т1) и на базу транзистора 15 (Т4) ток протекает по нагрузке 12 (L) в прямом направлении. При снятии управляющего сигнала с базы транзистора 15 (Т4) возникающая ЭДС замыкается через диод 6 (VD2) и все еще открытый тиристор 3 (Т1). При снижении ЭДС до порогового значения тиристор 3 (Т1) сам закрывается, и ток протекать не будет. Выдержка времени на переключение не делается.

При подаче управляющих сигналов на управляющий электрод тиристора 4 (Т3) и на базу транзистора 10 (Т2) ток протекает по нагрузке 12 (L) в обратном направлении. При снятии управляющего сигнала с базы транзистора 10 (Т2) возникающая ЭДС самоиндукции, которая поддерживает прежнее направление тока на нагрузке 12 (L), замыкается через диод 5 (VD1) и все еще открытый тиристор 4 (Т3). При снижении ЭДС до порогового значения тиристор 4 (Т3) сам закрывается, и ток протекать не будет. Выдержка времени на переключение не делается.

Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что изобретение имеет преимущества по сравнению с известным из-за повышенной надежности за счет надежной нейтрализации действия ЭДС самоиндукции при коммутации индуктивной нагрузки, уменьшения расхода электрической энергии и обеспечения отсутствия необходимости в организации дополнительной фиксированной выдержки времени при переключении полупроводниковых ключей за счет изменения схемы подключения полупроводниковых ключей.

Реверсивный полупроводниковый коммутатор, выполненный на четырех полупроводниковых ключах, содержащий источник постоянного напряжения и нагрузку, причем второй вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод второго полупроводникового ключа объединены и соединены с первым выводом нагрузки, первый вывод первого полупроводникового ключа и первый вывод третьего полупроводникового ключа объединены и подключены к положительному выводу источника постоянного напряжения, второй вывод третьего полупроводникового ключа и первый вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и соединены со вторым выводом нагрузки, второй вывод второго полупроводникового ключа и второй вывод четвертого полупроводникового ключа объединены и подключены к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, в качестве второго и четвертого полупроводниковых ключей использованы транзисторы, отличающийся тем, что в качестве первого и третьего полупроводниковых ключей использованы тиристоры, при этом катод каждого из тиристоров соединен с анодом соответствующего полупроводникового диода, анод каждого из тиристоров соединен с катодом соответствующего полупроводникового диода, а нагрузка исполнена индуктивной.

Изобретение относится к области коммутационных сред для вычислительных систем и может быть использовано как составная часть высокоскоростного последовательного мультиканального приемопередатчика.

Трехканальный релейный коммутатор // 2543555

Изобретение относится к электронным устройствам автоматики. Технический результат заключается в повышении надежности и помехоустойчивости.

Устройство непрерывного контроля многопозиционного релейного коммутатора // 2540811

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля. Техническим результатом является обеспечение возможности выявления дефектов элементов в многопозиционном релейном коммутаторе до нарушения его функционирования путем контроля за временем переключения исполнительного реле.

Схема и топология высоконадежной системы силовой электроники // 2533317

Изобретение относится к силовой электронике. Технический результат заключается в упрощении схемы резервирования системы силовой электроники при сохранении ее надежности.

Силовой ключ на мдп-транзисторе // 2524853

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных коммутационных устройствах. Техническим результатом является повышение надежности.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току // 2523024

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в источниках питания с защитой от перегрузки по току без использования датчика тока, преимущественно в системах управления космических аппаратов.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току // 2523021

Коммутационный модуль с параллельно-конвейерной обработкой и вещанием сообщений // 2360283

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может найти применение при построении средств коммутации многопроцессорных и многомашинных вычислительных и управляющих систем, абонентских систем связи с децентрализованным управлением, систем сбора информации и информационно-измерительных комплексов.

Многоканальный коммутатор напряжения // 2210182

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в многоканальных коммутируемых источниках питания, где требуется информация о протекающем токе в нагрузке.

Сенсорный переключатель переменного тока для активной нагрузки // 2091981

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутаций осветительных сетей. .

Коммутирующее устройство для источников переменного тока // 2568770

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования и распределения электроэнергии. Технический результат заключается в повышении надежности резервирования в системах бесперебойного питания с параллельной работой за счет сокращения до нуля времени резервирования. Технический результат достигается за счет коммутирующих устройств между выходами источников переменного тока и общей нагрузкой, содержащих тиристорный ключ для отрицательного напряжения, тиристорный ключ для положительного напряжения и схему управления, состоящую из усилителя сигнала управления и двух формирователей сигнала управления тиристорными ключами для положительного и отрицательного напряжения, логическую схему "Исключающее ИЛИ", инвертор сигнала, усилитель сигнала управления, причем усилитель сигнала управления выполнен из компаратора входного напряжения и компаратора выходного напряжения. 5 ил.

Силовой ключ на мдп-транзисторе // 2571719

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности силового ключа. Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит: трансформатор, вторичная обмотка которого зашунтирована двумя последовательно соединенными резисторами, начало вторичной обмотки трансформатора через диод в отпирающей полярности связано с затвором МДП-транзистора; транзистор n-ρ-n типа, коллектор которого соединен с затвором МДП-транзистора, эмиттер - с точкой соединения резисторов, а база - с концом вторичной обмотки трансформатора; исток МДП-транзистора соединен с точкой соединения резисторов и эмиттера транзистора, введен дополнительный диод, катод которого соединен с базой, а анод - с эмиттером транзистора. 1 ил.

Многоканальное твердотельное реле с переключающимися контактами // 2589371

Изобретение относится к коммутационной технике. Технический результат - обеспечение коммутации двунаправленных сигналов, повышение быстродействия и увеличение надежности. Для этого в реле, содержащем генератор импульсов, входы управления, введены блок защиты и стабилизации, блок гальванической развязки, цепь сброса, N коммутационных каналов, состоящих из пары двунаправленных коммутаторов, первого, второго и третьего выходов реле; причем входы блока защиты и стабилизации соединены с входами управления, а выход блока защиты и стабилизации - с входом генератора импульсов; выход генератора импульсов - с первым входом блока гальванической развязки, первый и второй выходы которого - с первыми входами каждого из двунаправленных коммутационных элементов, а третий выход - с первым входом цепи сброса, первый выход первого коммутационного элемента и второй выход второго коммутационного элемента - со вторым и третьим входами цепи сброса, второй выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом реле, третий выход первого коммутационного элемента соединен с первым выходом второго коммутационного элемента и третьим выходом реле, а третий выход второго коммутационного элемента соединен со вторым выходом реле. 3 ил.

Способ переключения в компоновке силовых переключателей и компоновка из множества силовых переключателей // 2595600

Группа изобретений относится к переключающим устройствам. Технический результат - создание средств переключения, обеспечивающих то, что отдельные ветви оборудования распределения энергии надежно подключаются или отключаются. Для этого предложен способ переключения в компоновке силовых переключателей, в которых переключающие блоки управляются устройствами обработки данных, включающий в себя следующие этапы: управление переключающим блоком первого силового переключателя для изменения его состояния переключения посредством устройства обработки данных первого силового переключателя, определение, возникло ли изменение состояния переключения, и если нет, то отправка сигнала посредством устройства обработки данных первого силового переключателя на устройство обработки данных второго силового переключателя, управление переключающим блоком второго силового переключателя для изменения его состояния переключения посредством устройства обработки данных второго силового переключателя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения // 2597998

Приводится выключатель для участка передачи постоянного тока высокого напряжения, содержащий вакуумный силовой выключатель (3) для отключения участка передачи и силовой выключатель (5) с газовой изоляцией для отключения участка передачи, причем силовой выключатель (5) с газовой изоляцией включен последовательно с вакуумным силовым выключателем (3). Кроме того, предусмотрено устройство (4) для создания противотока относительно тока на участке передачи для понижения тока через вакуумный силовой выключатель (3). Технический результат - элементы выключателя управляются устройством управления таким образом, чтобы отключение происходило при прохождении тока через нуль или около того. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току // 2599190

Использование: для защиты вторичных источников питания электронных коммутаторов от токовых перегрузок. Сущность изобретения заключается в том, что коммутатор напряжения с защитой от перегрузки по току содержит последовательно соединенные датчик тока, электронный ключ, блок нагрузки, а также управляющий транзистор, цепь отрицательной обратной связи по току ключа и цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе, в цепь положительной обратной связи по падению напряжения на ключе дополнительно введен элемент задержки, предотвращающий ее срабатывание в течение заданного интервала времени. Технический результат: обеспечение возможности сохранения нормального функционирования нагрузки. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Интерфейсная схема цифровой связи для проводной пары с индивидуально регулируемыми границами перехода // 2624452

Изобретение относится к цифровому интерфейсу связи. Интерфейсная схема обеспечивает связь устройства с проводной парой. Интерфейсная схема включает: диодный мост, имеющий полярно независимые входные выводы, связанные с проводной парой, и первый и второй выходные выводы, имеющие положительную полярность и отрицательную полярность соответственно; первое гальваническое изолирующее устройство для вывода принимаемого сигнала, принимаемого по проводной паре через диодный мост; второе гальваническое изолирующее устройство, принимающее передаваемый сигнал; управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент, соединенный с положительным и отрицательным выходными выводами диодного моста; и первый и второй фильтры, соединенные каскадом между вторым гальваническим изолирующим устройством и управляемым напряжением изменяемым резистивным элементом. Первый фильтр имеет развязанные пути зарядки и разрядки таким образом, чтобы развязывать время нарастания передаваемого сигнала от времени падения передаваемого сигнала. Второй фильтр имеет частотную характеристику, зависимую от напряжения. Управляемый напряжением изменяемый резистивный элемент предоставляет передаваемый сигнал проводной паре через диодный мост. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Детектор элементов каркаса со схемой регулирования // 2625440

Cхемное устройство для емкостного детектора скрытых объектов относится к области. емкостных измерительных средств - детекторов. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности обнаружения скрытых объектов. Схемное устройство для емкостного детектора скрытых объектов содержит четыре конденсатора, на которые поданы зависящие от времени напряжения, усилитель, синхронный демодулятор, компаратор, тактовый генератор. Детектор для обнаружения скрытых элементов каркаса содержит упомянутое выше схемное устройство, при этом электроды конденсаторов образуют обкладки конденсаторов, которые выполнены различным образом. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 32 ил.

Управляемый ключевой электронный коммутатор // 2628129

Изобретение относится к электронной коммутационной технике применительно для обеспечения коммутации силовых энергетических цепей постоянного тока с защитой от перегрузки и использования их в качестве интерфейсных линий передачи информации. Технический результат заключается в повышении быстродействия защиты при недопустимых перегрузках по току, управляемого посредством создания коммутатора с дистанционным управлением, реализованного на полевом транзисторе с минимальным сопротивлением в открытом состоянии, используемого в качестве силового ключа, и обеспечении качества защиты за счет применения токового датчика и быстродействующей схемы защиты, работающей в режиме триггера по состоянию перегрузки, позволяющего удерживать ключ после возникновения перегрузки по току в отключенном состоянии до снятия управляющего сигнала и обеспечения повторного включения. 2 ил.

Высокочастотный переключатель для компактного модуля преобразователя энергии // 2628211

Изобретение относится к области электроники. Технический результат заключается в снижении потерь и уменьшении размеров высокочастотного переключателя. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработан высокочастотный переключатель, содержащий: каскодную схему переключения, включающую в себя по меньшей мере два транзистора (VT1, VT2), источник (U1) неизменяемого вспомогательного напряжения, источник (U2) управляющего сигнала и дополнительный транзистор (VT3), имеющий тип проводимости, противоположный типу проводимости транзисторов (VT1, VT2) каскодной схемы переключения, причем источник (U2) управляющего сигнала выполнен с возможностью подавать управляющий сигнал на управляющий вывод первого транзистора (VT1) каскодной схемы переключения и на управляющий вывод дополнительного транзистора (VT3) для того, чтобы одновременно осуществлять управление первым транзистором (VT1) каскодной схемы переключения и дополнительным транзистором (VT3), посредством этого осуществляя управление вторым транзистором (VT2) каскодной схемы переключения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.