Магнитно-транзисторный ключ

 

ОFIИСАНИЕ 799141

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиин

Социалистических

Ресттублии (В) ) Дополнительное к авт. саид-ву Ит 656043 (51)М. Кл.

Н 03 К 17/60 (22) Заявлеио08.02.78 (2) ) 2722583/26-21 с присоедииеияем заявки М (23) Приоритет

Ьеудлретеенный квинтет

СССР (53) УДК 621. . 382(088.8) ао делам наееретенн)) н еткрытн)) Опубликоваио 23.01.81, Бюллетень J4 3

Дата опубликования описания 30.01.81 (72) Авторы изобретения

Б. А. Глебов, Н. B. Рожнин и В. Ф. Сибиченков (7)) Заявитель

Московский ордена Ленина энергетический институт (54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

I ««т ъ,«", >, «

) Изобретение относится к . импульсной технике и может найти применение в устройствах преобразования и регулирования электрической энергии.

Известен магнитно-транзисторный ключ по основному авт. св. 34 656043, содержаший силовой транзистор и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно с коллекторноэмиттерной цепью силового транзистора, первая вторичная обмотка является обмот- тй кой положительной обратной связи, а вторая и третья дополнительные вторичные обмотки являются обмотками отрицательной обратной связи и соединены последовательно, управляемый ключевой элемент ".с вентильной нрово- t S димостью, включенный последовательно с вторичными обмотками отрицательной обратной связи и выполненный в виде схемы составного транзистора fi ).

Однако известное устройство не отли- Е чается высокой недежностью, так как trpb перегрузке неограниченно возрастает ток в силовом транзисторе.

Цель изобретения — повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитно-транзисторный ключ, содержаший силовой транзистор и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно с коллекторноэмиттерной цепью силового транзистора !

Э первая вторичная обмотка является обмоткой положительной обратной связи, а вторая и третья дополнительные вторичные обмотки являются обмотками отрицательной обратной связи и соединены последовательно, управляемый ключевой элемент с вентильной проводимос— тью, включенный последовательно с дополнительными вторичными обмотками отрицательной обратной связи и выполненный в виде схемы составного транзистора, дополнительно введены два транзистора, диод и три резистора, причем первый резистор другим выводом соединен с эмиттером силового транзистора, вторым выводом подключен к первому выводу

3 7991 последовательной цепи иэ первого дио да и первой вторичной обмотки, второй дополнительный резистор первым выводом соединен со вторым выводом первого резистора, вторым выводом — с эмиттером первого, дополнительного транзис— тора, база которого через третий резистор соединена с эмиттером силового транзистора, коллектор первого дополнительного транзистора соединен с базой второго дополнительного транзистора, эмиттер которого через дополнительный диод соединен со вторым выводом второй до-. полнительной вторичной обмотки, а коллектор второго дополнительного транзистора подключен к базе транзистора основного транзисторного ключа.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства.

Устройство содержит силовой транзисторный ключ 1, первичную обмотку 2 трансформатора 3, тока, нагрузку 4, шины 5 и 6 питания,, транзистор 7,,вторичную обмотку 8 трансформатора тока (обмотка продолжительной обратной связи), секции 9 и 10 обмотки отрицательной обратной связи, первый диод 11, резистор 12, второй диод 13, основной транзисторный ключ 14, диод 15 дополнительного транзисторного ключа 16, тре, тий диод 17, первый дополнительный транзистор 18, конденсатор 19, второй дополнительный транзистор 20, третий дополнительный: транзистор 21, транзистор 22 инвертора напряжения и резисторы 23-30.

В устройстве коллектор транзистора

1 (силового) через первичную обмотку

2 и нагрузку 4 связан с шиной 5 питания. Эмиттер силового транзистора l непосредственно соединен с заземленной шиной 6 питания,. а база связана с этой. шиной через цепь поддерживайия запретного состояния ключа. В качестве . такой цепи использована коллекторноэмиттерная цепь транзистора 7. Кроме того, . база силового транзистора 1 непосредственно подключена к общей точке обмотки 8 и другой вторичной обмотки, содержащей последовательно. соединенные секции 9 и 10.Цепь иэ последовательно соединенных обмотки 8, диода 11 и резистора 12 включена между: базой и эмиттером силового транзистора 1. Второй конец секции 9 и первый конец секции 10 соединен вместе, и к точке их соединения подключена цепочка из последовательно соединенных второго диода 13 и основного транэис4 торного ключа 14, причем эмиттер транзисторного ключа 14 соединен с эмиттером силового транзистора 1. Вто-. рой конец дополнительной обмотки (секция 10) через дополнительный диод 15 и соединенный с ним последовательно дополнительный транзисторный ключ 16, подключен к базе транзисторного ключа14. К этому же выводу секции 10 подключены последовательно соединенные третий диод 17 и первый дополнительный транзистор 18.;Эта цепочка подключена к базе транзисторного ключа

14 либо непосредственно, либо через конденсатор 19 (пунктирная линия).

К точке соединения конденсатора 19 и коллектор транзистора 18 через резистор 24 подключена база третьего дополнительного транзистора 21. Коллектор20 но-эмиттерная цепь транзистора 21 включена между базой транзистора 22 и эмиттером силового транзистора 1. Инвертор напряжения на транзисторе 22 соединен своим коллектором через резистор 23 с шиной 5 питания, а через резисторы

26 и 25 с управляющими входами транзисторов 7 и ключа 16, соответственно. К базе первого дополнительного транзистора 18 подключен коллектор транзис30 тора 20, эмиттер которого соединен через резистор 29 с точкой соединения резистора 12 и первого диода 11, а база через резистор 27 подключена к эмиттеру транзистора 1. База силового . транзистора 1 соединена через резистор

30 с шиной 5 питания, а база основного транзисторного ключа 14 через резистор 28 к шине 6 питания.

Устройство работает следующим образом. 1

При отсутствии управляющего сигнала на базе транзистора 22 последний заперт, и в базовые цепи транзистора 7 и транзисторного ключа 16 через. резисторы 23, 26 и 25 задается ток, поддер4$ живающий эти транзиеторы в состоянии насыщения,. При этом между базой и э миттером силового транзистора устанавливается небольшая разность потенциалов, и силовой транзистор 1. находится в режиме отсечки, а ток, протекающий через резистор 30, шунтируется транзистором

-7, При поступлении сигнала положительной полярности на базу транзистора 22 запираются транзистор 7 и ключи 14 и

16. Ток, протекающий через резистор 30, начинает поступать в базу транзистора

1, переводя его в активный режим.

3а счет положительной обратной связи, осуществляемой трансформатором 3, тран1 4 мента отпирания транзистора 20) объясняе гся иэбйточностью отпирающего тока, задаваемого в силовой транзистор для уменьшения остаточного напряжения на нем при нормальном режиме работы.

Однако, нагруэочный ток не может возрасти более чем в два раза, поскольку суммарный ток вторичных обмоток в этом случае (если количество витков обмотки секции 9 и обмотки 8 равны) тоже увеличится в два раза. Но тогда, поскольку ток обмотки 8 в этом режиме

1 поддерживается постоянным, увеличивает-, ся лишь ток обмотки отрицательной обратной связи.

В предельном случае при,коэффициенте усиления по току силового транзистора 1, стремящемуся к бесконечности, ток через обмотку секции 9 станет равным току обмотки 8, суммарный ток через базо-эмиттерный переход силового транзистора 1 станет равным нулю при достижении нагруэочным током удвоенной, по сравнению с моментом начала ограничении тока,:,величины, что соответствует условию ограничения

I тока на уровне, меньшем;удвоенного.

Если коллектор транзистора 18 соединен с базой транзисторного ключа

14 через конденсатор (пунктирная линия), то по мере протекания запирающего тока через конденсатор 19, он эарядится и своим напряжением через резисторы 24 и 28 начнет задавать в базу транзистора 21 отпирающий ток. Следовательно, коллекторно-эмиттерная цепь транзистора 21 эашунтирует вход транзистора

32, транзистор 22 перейдет в режим отсечки . Дальнейший процесс аналогичек описанному выше для случая снятия сиг-. нала управления с .входа транзистора

g2.

После того, как конденсатор 19 раз Рядится, транзистор 21 перестанет шунтировать вход транзистора 22, процесс включения и процесс:выключения, если имеется перегрузка, повторится; т.е. в данном случае происходит повторяющийся процесс включения и выключения силового транзистора 1 при перегрузке, при одновременном ограничении величины тока через силовой транзистор.

Таким образом, в предложенном устройстве достигается ограничение тока через силовой транзистор на заранее заданном уровне. Это обусловливает увеличение надежнссти ключевого устройства. Ограничение такого рода может быть успешно использовано при параллельной работе подобных ключевых устройств, 5 7-99 14 зистор 1 отпирается лавинообразно и переходит в насышенный режцм. При этом ток базы пропорционален току коллектора, если падение напряжения на резисторе i2 не превышает порогового напряжения отпирания второго дополнительного транзистора 20. При снятии . управляющего сигнала с базы транзистора 22 последний переходит в режим от-, сечки, и в базовые цепи транзистора 7 и ключа 16 задается отпирающий ток через резисторы 36и 25 соответственно.

Поступление отпирающего тока в базу транзисторного ключа 16 приводит к тому, что транзисторный ключ 14 переходит в насыщенный режим, тогда в базу силового транзистора 1 начнет поступать запирающий ток. После запирания силового транзистора 1 автоматически прекращается протекание тока через транзистор- З, ный ключ 16 и основной транзисторный ключ 14, т.е. цепь формированного запирания силового транзистора 1 практически прекращает потребление мощности от источника,,питания. В случае, если падение напряжения на резисторе 12 превысит пороговое напряжение отпирания транзистора 20 (ток в выходной цени коллектора превысит допустимое. значение-), Ь базу транзистора 20 через резисторы 27 и 29 начинает задаваться отпирающий ток. Вследствие этого в вы- . ходной цепи транзистора 20 появится ток, являющийся отпирающим для первого дополнительного транзистора 18. Транзистор 18 начнет задавать ток в базу.

3S транзисторного ключа 14. Этот ток является отпирающим током для транзисторного ключа 14 и запирающим для сило-, вого транзистора 1. Следовательно вклйчится основная цепь отрицательной обратной связи, состоящая из секции 9, диода

13 и основного транзисторного ключа 14.

В дальнейшем ток через обмотку 8, благодаря включению транзистора 20, застабипизируется на определенном уровне, 45 а ток через секцию 9 будет расти по мере роста тока нагрузки.

Если коллектор транзистора 18 не- ° посредственно соединен с базой основы<и о транзисторного ключа 14 (сплошная линия), то суммарный ток базы силового транзистора 1 будет уменьшаться, .г если ток коллектора будет расти, так как токи обмотки 8 и секции 9 протекают через базо-эмиттерный переход транзистора N

1 во взаимопротивоположных направлениях

Рост нагруэочного тока через силовой транзистор 1 в этом режиме (после мо-.

7 799 что расширяет функциональные воэможности магнитно-транзисторных ключей.

Формула изобретения

Магнитно-транзисторный ключ по авт. св. Ж 656043, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно введены два транзистора, диод и три резистора, причем первый резистор одним выводом соединен с эмиттером силового транзистора, вторым выводом подключен к первому выводу последовательной цепи иэ первого диода и первой вторичной обмотки, второй дополнительный резистор первым выводом соединен со вторым выводом первого ре141 8 зистора, вторым выводом — с эмиттером первого дополнительного транзистора, база которого через третий резистор соединена с эмиттером силового транзистора, 5 коллектор первого дополнительного транзистора соединен с базой второго дополнительного транзистора, эмиттер которого через дополнительный диод соединен со,.вторым выводом второй в дополнительной вторичной обмотки, а коллектор второго дополнительного транзистора подключен к базе транзистора основного транзисторного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 656043, кл. Н 03 К 17/60, 21 . 11.77. (прототип).

Составитель Л. Багян

Редактор Е. Шишкин Техред М.Коштура Корректор l . Решетник

Заказ 1009 1/8З Тираж 999 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, 41