Транзисторный формирователь импульсов с частотным заполнением для управления тиристорами

 

:с к.

NATE!;, библио,, 1;

< 1>,664266

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх

Респубпнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С51)М. Кл.2 (á1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3аявлено 221176 (21) 2421345/24-07 с п(зисоедииеийем заявки Ио !

Н 02 М 1/08

Государственный комитет,СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 25.05.79- Бюллатень No 19 (53) УДК 621. 373.

° 5(088.8) Дата опубликования описания 250579

Ю.П. Гончаров, В,И. Кривошея, Н.В. Панасенко, Е.И. Беркович, A.È. Гладков и А. П. Мотыль (72) Авторы изОбретения

P) ) Заявите b хаРьковский оРдена ленина политехнический ННс THTÓT имени В. И. Ленина аявитель (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ С ЧАСТОТНЫМ, ЗАПОЛНЕНИЕМ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ

Устройство относится к преобразовательной полупроводниковой технике и может быть использовано для управления тиристорами.

Известны транзисторные формирбВатели импульсов, выполненные на базе генератора Ройера с переключающйм конденсатором в цепи обратной связи и трансформаторным выходом (1). Недостатками формирователей являются малые регулировочные возможйасти схемы, не" достаточная крутизна фронта выуодного импульса, особенно при работе на кабельно-трансформаторную систем1 15 распределения импульсов; низкая помехоустойчивость со стороны входа; спад тока на выходе запаздывает относительно спада входного тока,что требует в ряде. случаев применения специальных задержек во входных частях системы управления.

Эти недостатки приводят к аварийным режимам работы тиристорного Преобразователя.

Наиболее близхим техническим решением к изобретению является транзисторный формирователь импульсов с частотным заполнением, содержащий мультивибратор с переключающим конденсатором в цепи обратной связи с трансформаторным выходом и разделительньм трансформатором обратной связи, riepвичная обмотка которого через переключающий конденсатор подключена к обмотке обратной связй выходного трансформатора, а вторичная обмотка средней точкой соединена с источником входного сигнала и крайними точками - через диоды с базами транзисторов мультивибратора, а база каждого транзистора соединена с коллектором через стаби литрон (2), Недостатком известного устройства являются низкая помехоустойчивость, недостаточйая крутизна фронта выходного иьятульса;

Целью изобретения является улучшение параметров формируемых импульсов, повышение помехоустойчивости и получение стабильной амплитуды выходных импуль сов ..

Для этого известный транзисторный формирователь импульсов с частотным заполнением дополнительно снабжен нелинейным форсирующим.дросселем, выполненным на двух кольцевых сердечниках, один иэ которых имеет высокую, а второй низкую магнитную проницаемость, причем один конец дросселя свя". „

4266 4

3 66 эан со средней точкой первичной обмотки выходного тран сформатора, а второй конец - c выводом для подключения к источнику питания.

Кроме того, в формирователе в цепь питания мультивибратора включен трансформатор тока, нагрузка которого вклю-5 чена между базой одного из транзис-, торов через диод и выводом для подключения к источнику питания.

Кроме того, в формирователе в цепь питания мультивибратора включен )О трансформатор тока, нагрузка которога включена между базой одного из транзисторов через диод и выводом для подключения к источнику питания.

На фиг, 1 представлен предлагаемый транзисторный формировательуна фиг.2 и 3 — диаграммы, поясняющие его работу.

Мультивибратор содержит транзисто- 20 ры 1 и 2, запираемые от источника 3 смещения через сопротивления 4 и 5, выходной трансформатор 6. Трансформатор 7 обратной связи первичной обмоткой 8 подключен через переключающий конденсатор 9 к обмотке обратной свя- 25 зи 10 выходного трансформатора.

Вторичная обмотка трансформатора обратной связи средней точкой соединена с источником входного сиГнала 11, выполненным в виде транзистора. Край- 30 ние точки вторичной обмотки соединены с базами транзисторов через диоды

12 и 13, Базы транзисторов мультивибратора соединены с коллекторами через стабилитроны 14 и 15. В цепь питания 35 мультивибратора включен нелинейный дроссель 16 и трансформатор 17 тока, Нагрузка трансформатора 18 тока включена между полюсом источника питания и базой одного.из транзисторов через 40 диод 19, Питается мультивибратор от источника 20 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Пока ток обратной связи отсутству- 45 ет, оба транзистора заперты и напряжение на выходе отсутствует. При подаче входного тока схема начинает генерировать колебания прямоугольной формы, продолжающиеся до той поры, пока входной ток протекает. Рассмотрим как это происходит, Пусть входной ток поступил в момент t = 0 (фиг, 2). Этот ток через отпирающиеся диоды 12 и 13 поступает в базы обоих транзисторов, но благода-55 ря наличию положительной обратной связи, как и в других мультивибраторах, включается только один, Действительно, пусть в силу, неодинаковости транзисторов коллекторный ток тран- 60 зистора 1 несколько больше. Тогда намагничивающие силы, создаваемые коллекторными токами транзисторов в половинах первичной обмотки выходного трансформатора б будут неодинаковы и 65Ф под воздействием разностной н.с, на обмотках трансформатора,б возникает

ЭДС самоиндукции, полярность которой указана на фиг. 1 без скобок. Через конденсатор 9, который в исходный момент времени разряжен, напряжение с обмотки 10 передается на трансформаор 7 обратной связи. Напряжение втоичной обмотки трансформатора 7, действуя в контуре 21, 12, 1, 2, 13, увеличивает ток базы 1 и уменьшает ток базы 2, что усиливает неодинаковость коллекторных токов. Это приводит к дальнейшему нарастанию ЭДС самоиндукции, т,е. процесс развивается лавинообразно, приводя к включению транзистора 1 и выключению транзистора 2, После окончания лавинообразного процесса входной ток протекает только в правой половине вторичной обмотки .трансформатора обратной связи и в базе 1, так как диод 13 заперт напряже нием вторичной обмотки. По отношению к этому току трансформатор 7 действует как трансформатор тока, т.е. потечет ток в обмотке 8, Направление этого тока будет соответствовать указанному на фиг. 1, а конденсатор 9 заряжается с полярностью, указанной на фиг. 1. По мере возрастания напряжения U> на обкладках конденсатора падает напряжение U> на первичной обмотке

8, поскольку оно равно разности напряжений на обмотке 10 трансформатора б и на обкладках конденсатора. Как только напряжение U станет больше U

<о (момент „на фйг. 2), напряжение на обмотках трансформатора 7 меняет знак и по контуру 21, 13, 2, 1, 12 происходит эапирание транзистора 1 и отпира ние транзистора 2. Иэ-за наличия положительной обратной связи процесс пе реключения транзисторов носит лавинообразный характер, После того как напряжение на кон- денсаторе измененной полярности достигнет величины напряжения на обмотке 10, произойдет новое переключение транзисторов. Продолжительность полу т периода выходного напряжения равна, . аким образом, времени переразряда конденсатора.

Генерация прямоугольного напряжения продолжается до той поры, пока протекает входной ток. При его исчезновении (момент времени t> на фиг. 2) прекращается протекание тока в базах транзисторов, оба транзистора выключаются и генерация колебаний прекращается. Выходное напряжение, таким образом, моделируется входным сигналом. На фиг, 3 представлены диаграмма, поясняющие работу схемы с элементами форсировки. Для осуществления форсировки необходима задержка колебаний. Для этого дроссель 16 следует выполнять на двух кьльцевых сердечни- ках, из которых один имеет высокую, а второй - низкую магнитную проницае664266 мость. В частности, первичный сердечник может быть ферритовым, а второй альсиферовым, обмотка наматывается на два сердечника одновременно.

Тогда при подаче входного тока маг,нитный поток вначале нарастает только в первом сердечнике и ток 1 будет 5 мал, поскольку проницаемость сердечника велика. После насыщения первого сердечника начинает нарастать поток во втором сердечнике и ток в обмотке таким же образом,как и При линейном 10 дросселе.Начальная часть кривой тока

12о изображена на фиг. Зб (t у — ступень малого тока). Условие отсутствия генерации в интервале t „:

l5

2О +1 7 1О где К вЂ” коэффициент трансформации

1 трансформатора 7 обратной связи;

К вЂ” коэффициент трансформации вы-20

<о ходного трансформатора отно-сительно обмотки, обратной связи, В течение интервала t> входной ток делится пополам мЕжду двумя базами и оба транзистора включены. Роль дели теля выпоЛняет вторичная обмотка 7.

Выводы первичной обмотки выХодного трансформатора б соединены между собой накоротко через включенные тран- зисторы, поэтому выходное напряжение равно нулю, Поскольку на первичной обмотке трансформатора 6 и транзисторах нет напряжения, то все напряжение питания () приложено к форсирующему дросселю 16 (цепь 20, 16, 22, 1). Ток

2о

35 в обмотке дросселя нарастает (фиг, Зб) и в магнитном поле сердечника накап.ливается энергия. Эта энергия и используется в дальнейшем для форсировки. 40

В коллекторной цепи каждого транзистора протекает в интервале эадержКИ t ПОЛОВИНа тОКа (2о, Прн ЭТОМ роль делителя тока выполняет первичная обмотка трансформатора б. Посколь-45 ку токи в коллекторах непрерывно. на- растают,то наступит момент, когда для одного из транзисторов перестанет вы. полняться условие насыщения „« $4 (момент tg на фиг, 3) . Этот транзистор (пусть это будет 1) выходит из на сыщения, между его коллектором и базой появляется напряжение, которое вследствие действия положительной обратной связи быстро нарастает. Когда оно достигает напряжения стабилизации

U стабилитрона 14, стабилитрон встуот пает в действие и дальнейшее нарастание напряжения между коллектором и базой прекращается. Остается неизменным напряжение между коллектором и 60 эмиттером U

После того как Выходной ток достигнет величины причедейного тоКа питания (момент t на фиг. Зв), ток

2О Ц коллектора 1 спадает к нулю и напряжение на коллекторе останется равным

2()2о ДО мамента перЕклЮчения траНзис-. торой t4. Переключение, как и ранее, происходит при достижении равенства напряжений на конденсаторе 9 и обмотр е 10 выходного трансформатора. Напряжение на выключающемся транзисторе В момент tq будет IIoдниматься до величины U, ускоряя тем самым изменение полярности выходного тока.

Необходимая для формировки энергия поставляется дросселем 16.Дроссель, ПРЕПЯтСтВУЯ СПаДУ тОКа 1 2о ПРИ ВЫКЛЮчении любого из транзисторов, создает ЭДС самоиндукции, складывающуюся с напряжением питания U2< и обеспечивающую йовышение напряжения на транзисторе и обмотках трансформатора 6.

:В начальный. момент генераций энергия, накопленная в дрбсселе, достаточна для поддержания повышенного напряжения на время всего импульса заполнения. Тем самым достигается форсировка амплитуды управляющего импульса тока t>.

В интервале задержки t (фиг. 3) ток коллектора каждого из двух транЗИСтсрОВ раВЕН ПОЛОВИНЕ тОКа 12о (фиг. Зб) и нарастает плавно. Чтобы выполнить условие насыщения транзисторов (Д1 > („ ), достаточно посылать в базу линейно нарастающий ток (пунктир на фиг. За). Следовательно, продолжительность переднего фронта входного импульса может быть допущена равной t, т,е. требования к крутизне фронта сйижены.

Для устранения нестабильности в цепь питания включен трансформатор 17 тока с нагрузкой 18. Этот трансформатор работает только в переходном режиме, т.е. передает сигнал в момент нарастания суммарного коллекторного тока. Как только падение напряжения на нагрузке трансформатора 18 тока превысит напряжени е и сточни ка пит ания, откроется днод 19 в базовой цепи транзистора 1 и пбтечет ток, который даст начало процессу генерации.

Использование новых элементов— нелинейного дросселя в цепи питания и цепи стабилизации амплитуды выходного импульса тока позволяют повысить крутизну переднего фронта импульса уп равленйя, обеспечить помехоустойчи

:вость схемы со стороны, входа и получать стабильную амплитуду выходных импульсов.

Формула изобретения

- 1. Транзисторный формирователь импульсов с частотным заполнением для

664266 управления тиристорами, содержащий мультивибратор с переключающим конденсатором в цепи обратной связи, с трансформаторным выходом и разделительным трансформатором обратной связи, первичная обмотка которого через переключающий конденсатор подключена 5 к обмотке обратной связи выходного трансформатора, а вторичная обмотка средней точкой соединена с источником входного сигнала и крайними точками — через диоды с базами транзисто- lO ров мультивибратора, а база каждого транзистора соединена с коллектором через стабилитрон, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучше-, ния параметров формируемых импульсов у и повышения помехоустойчивости, он, дополнительно снабжен нелинейным фор-: сирующим дросселем, выполненным на двух кольцевых сердечниках, из которых один имеет высокую,:а второй- низкую магйитную проницаемость, причем один конец дросселя связан со средней точкой первичной обмотки выходного трансформатора, а второй конец — с выводом для подключения к источнику питания.

2. Формирователь по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью получения стабильной амплйтуды выходных импульсов, в цепь питания мультивибратора включен трансформатор тока, нагрузка которого включена между базой одного из транзисторов через диод и выводом для подключения к источййку питания.

Источники информации, принятые во " внимание при экспертизе

1. Калашников Б. Е. и др, Системы управления автономными инверторами, М., Энергия*, 1974, с. 44, .72.

2. Моин В. и Лаптев Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи, М., Энергия, 1972, с. 389, рис. 10-7.

664266

Составител б. Наказная

Редакто Ю. Чемокайою Тех ед О.Ан ейко, Ко екто .Н.Стец

Заказ 3013/52 . Тираж 856 " . : "- Подписное цниипИ Ёосударственного комйтета" СССР по делам иэобретений и открйтйй

113035 Москна Ж-35 Ра" ская наб . 4 5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул, Проектйая, 4