Силовой RS-триггер Российский патент 2024 года по МПК H03K17/72 H02M1/06 

Предлагаемое изобретение относится к коммутационным устройствам и может быть использовано в силовых схемах, использующих триггерный режим работы.

Известен электрический коммутатор, выполненный на основе рубильника, состоящего из одного подвижного и одного неподвижного контакта. Коммутация электрической сети происходит путем механического замыкания цепи (Чунихин А.А. Электрические аппараты: общий курс. Учебник для вузов / А.А. Чунихин. - Москва: Энергоатомиздат, 1988. - С. 24, табл. В.4).

Однако, описанный электрический коммутатор имеет следующие недостатки: при размыкании электрической цепи возможно возникновение дуги, что требует наличия дугогасящих устройств для устранения дуги; малая надежность вследствие наличия подвижного контакта; недостаточное быстродействие из-за ручного управления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом), является RS-триггер, содержащий двенадцать транзисторов, шесть транзисторов первого типа проводимости, базы первого и второго транзисторов соединены соответственно с первым и вторым входами, эмиттеры - соответственно с базами третьего и четвертого транзисторов, эмиттеры которых соединены с общей шиной. Коллекторы этих транзисторов подключены соответственно к базам пятого и шестого транзисторов, коллекторы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами и подключены соответственно к коллекторам седьмого и восьмого транзисторов второго типа проводимости, эмиттеры которых соединены с шиной питания, коллекторы первого и второго транзисторов соединены соответственно с базами девятого и десятого транзисторов второго типа проводимости, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, введены одиннадцатый и двенадцатый транзисторы первого типа проводимости, эмиттеры которых соединены с общей шиной, базы подключены соответственно к эмиттерам пятого и шестого транзисторов, коллекторы соединены соответственно с первым и вторым дополнительными выходами и подключены соответственно к коллекторам девятого и десятого транзисторов, эмиттеры которых соединены соответственно с базами седьмого и восьмого транзисторов, а базы подключены соответственно к коллекторам шестого и пятого транзисторов, базы которых соединены соответственно с коллекторами одиннадцатого и двенадцатого транзисторов. (SU 1 370 732 А1 МПК H03K 3/286 (2006.01) от 1988.01.30).

Однако, это устройство можно использовать только в маломощных интегральных схемах из-за того, что данный триггер выполнен на биполярных транзисторах, а также у этого триггера имеются неопределенность выходных сигналов при подаче низкого уровня напряжения на оба входа и запрещенная комбинация - неопределенность выходных сигналов при подаче на оба входа высокого уровня напряжения.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение выходной мощности устройства и величины коммутируемых токов за счет использования запираемых тиристоров, а также исключение неопределенностей выходных сигналов триггера.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в силовом RS-триггере, имеющем два входа R и S, и два выхода Q и , согласно изобретению, содержатся два запираемых тиристора, аноды первого и второго тиристоров объединены и соединены с плюсом силового питающего напряжения, катод первого тиристора соединен с выходом , катод второго тиристора соединен с выходом Q, управляющий электрод первого тиристора подключен к одному из входов первого резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, которая соединена с катодом первого и анодом второго диодов, аноды первого диода и первого фотодиода соединены, катоды второго диода и второго фотодиода также соединены, катод первого фотодиода соединен с началом обмотки первой катушки, а анод второго фотодиода соединен с концом обмотки второй катушки, конец обмотки первой и начало обмотки второй катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом первого тиристора, управляющий электрод второго тиристора подключен к одному из входов второго резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, которая соединена с катодом третьего и анодом четвертого диодов, аноды третьего диода и третьего фотодиода соединены, катоды четвертого диода и четвертого фотодиода также соединены, катод третьего фотодиода соединен с началом обмотки третьей катушки, а анод четвертого фотодиода соединен с концом обмотки четвертой катушки, конец обмотки третьей и начало обмотки четвертой катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом второго тиристора, первая, вторая, третья и четвертая катушки связаны трансформаторной связью при помощи магнитопровода с обмоткой возбуждения, которая подключена к генератору высокочастотных импульсов.

Повышение выходной мощности устройства и величины коммутируемых токов, а также исключение неопределенностей выходных сигналов триггера обусловлено использованием запираемых тиристоров и исключением транзисторов, а также особенностями схем цепей управления запираемых тиристоров.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где приведена схема силового RS-триггера; и таблицей истинности силового RS-триггера.

Кроме того, на чертеже используются следующие обозначения:

- VS1, VS2 - запираемые тиристоры;

- R, S - входы силового RS-триггера;

- Q, - выходы силового RS-триггера;

- R1, R2 - резисторы;

- D1, D2, D3, D4 - диоды;

- VD1, VD2, VD3, VD4 - фотодиоды;

- L0, L1, L2, L3, L4 - катушки индуктивности;

- I - отпирающий контур для запираемого тиристора VS1;

- II - запирающий контур для запираемого тиристора VS1;

- III - отпирающий контур для запираемого тиристора VS2;

- IV - запирающий контур для запираемого тиристора VS2;

- G - генератор высокочастотных импульсов;

- «+» - плюс постоянного силового напряжения;

Силовой RS-триггер, имеющий два входа R и S, и два выхода Q и , содержит два запираемых тиристора, аноды первого и второго тиристоров объединены и соединены с плюсом силового питающего напряжения, катод первого тиристора соединен с выходом , катод второго тиристора соединен с выходом Q. Управляющий электрод первого тиристора подключен к одному из входов первого резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, которая соединена с катодом первого и анодом второго диодов, аноды первого диода и первого фотодиода соединены, катоды второго диода и второго фотодиода также соединены. Катод первого фотодиода соединен с началом обмотки первой катушки, а анод второго фотодиода соединен с концом обмотки второй катушки, конец обмотки первой и начало обмотки второй катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом первого тиристора. Управляющий электрод второго тиристора подключен к одному из входов второго резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, которая соединена с катодом третьего и анодом четвертого диодов, аноды третьего диода и третьего фотодиода соединены, катоды четвертого диода и четвертого фотодиода также соединены. Катод третьего фотодиода соединен с началом обмотки третьей катушки, а анод четвертого фотодиода соединен с концом обмотки четвертой катушки, конец обмотки третьей и начало обмотки четвертой катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом второго тиристора. Первая, вторая, третья и четвертая катушки связаны трансформаторной связью при помощи магнитопровода с обмоткой возбуждения, которая подключена к генератору высокочастотных импульсов.

Пример выполнения силового RS-триггера представлен на фигуре.

Силовой RS-триггер содержит два запираемых тиристора 1 (VS1) и 2 (VS2), подключенных анодами к плюсу силового питающего напряжения 3 (+), катод тиристора 1 (VS1) подключен к общей точке 4 и выходу 5 силового RS-триггера, катод тиристора 2 (VS2) подключен к общей точке 6 и выходу 7 (Q) силового RS-триггера, управляющий электрод тиристора 1 (VS1) подключен к одному из входов резистора 8 (R1), который вторым входом соединен с общей точкой, являющейся входом 9 (R) силового RS-триггера, эта точка соединена с катодом диода 10 (D1) и анодом диода 11 (D2), анод диода 10 (D1) соединен с анодом фотодиода 12 (VD1), катод диода 11 (D2) соединен с катодом фотодиода 13 (VD2), катод фотодиода 12 (VD1) подключен к началу обмотки катушки 14 (L1), анод фотодиода 13 (VD2) подключен к концу обмотки катушки 15 (L2), конец обмотки катушки 14 (L1) и начало обмотки катушки 15 (L2) подключены к общей точке 16, которая соединена с общей точкой 4, аналогично, управляющий электрод тиристора 2 (VS2) подключен к одному из входов резистора 17 (R2), который вторым входом соединен с общей точкой, являющейся входом 18 (S) силового RS-триггера, эта точка соединена с катодом диода 19 (D3) и анодом диода 20 (D4), анод диода 19 (D3) соединен с анодом фотодиода 21 (VD3), катод диода 20 (D4) соединен катодом фотодиода 22 (VD4), катод фотодиода 21 (VD3) подключен к началу обмотки катушки 23 (L3), анод фотодиода 22 (VD4) подключен к концу обмотки катушки 24 (L4), конец обмотки катушки 23 (L3) и начало обмотки катушки 24 (L4) подключены к общей точке 25, которая соединена с общей точкой 6, катушки 14 (L1), 15 (L2) 23 (L3) и 24 (L4) с помощью магнитопровода 26 связаны трансформаторной связью с катушкой 27 (L0), обмотка которой является обмоткой возбуждения и подключена к генератору высокочастотных импульсов 28 (G).

Работа силового RS-триггера происходит следующим образом.

Отпирающим контуром для запираемого тиристора 1 (VS1) является контур (I), состоящий из следующих элементов: катушка индуктивности 14 (L1), фотодиод 12 (VD1), диод 10 (D1), общая точка 9 (R), резистор 8 (R1), управляющий электрод запираемого тиристора 1 (VS1), катод запираемого тиристора 1 (VS1), общая точка 4, общая точка 16. Запирающим контуром для запираемого тиристора 1 (VS1) является контур (II), состоящий из следующих элементов: катушка индуктивности 15 (L2), общая точка 16, общая точка 4, катод запираемого тиристора 1 (VS1), управляющий электрод запираемого тиристора 1 (VS1), резистор 8 (R1), общая точка 9 (R), диод 11 (D2), фотодиод 13 (VD2).

Отпирающим контуром для запираемого тиристора 2 (VS2) является контур (III), состоящий из следующих элементов: катушка индуктивности 23 (L3), фотодиод 21 (VD3), диод 19 (D3), общая точка 18 (S), резистор 17 (R1), управляющий электрод запираемого тиристора 2 (VS2), катод запираемого тиристора 2 (VS2), общая точка 6, общая точка 25. Запирающим контуром для запираемого тиристора 2 (VS2) является контур (IV), состоящий из следующих элементов: катушка индуктивности 24 (L4), общая точка 25, общая точка 6, катод запираемого тиристора 2 (VS2), управляющий электрод запираемого тиристора 2 (VS2), резистор 17 (R1), общая точка 18 (S), диод 20 (D4), фотодиод 22 (VD4).

При отсутствии управляющих сигналов на фотодиоды 12 (VD1) и 21 (VD3) (что соответствует лог.0 на обоих входах R и S силового RS-триггера) протеканию тока через катушки 14 (L1), 15 (L2), 23 (L3), 24 (L4) будут препятствовать фотодиоды 12 (VD1), 13 (VD2), 21 (VD3), 22 (VD4) и диоды 10 (D1), 11 (D2), 19 (D3), 20 (D4).

При подаче управляющего сигнала на фотодиод 12 (VD1) (что соответствует лог.1 на входе R) одновременно на фотодиод 22 (VD4) также подается управляющий сигнал, если при этом фотодиод 19 (VD3) заперт (что соответствует лог.0 на входе S), открываются соответствующие фотодиоды 12 (VD1) и 22 (VD4), тогда в положительную полуволну (ток в катушке 27 (L0) протекает от начала к концу обмотки) проходит импульс тока от конца обмотки 14 (L1) к ее началу, далее по отпирающему контуру (I) запираемого тиристора 1 (VS1), в результате запираемый тиристор 1 (VS1) открывается, в то же время проходит импульс тока от конца обмотки 24 (L4) к ее началу, далее по запирающему контуру (IV) запираемого тиристора 2 (VS2), в результате запираемый тиристор 2 (VS2) запирается, вследствие этого начинает протекать ток от плюса силового питающего напряжения 3 (+) через анод запираемого тиристора 1 (VS1), далее через катод запираемого тиристора 1 (VS1) и общую точку 4 к выходу 5 , то есть имеем лог.1 на выходе 5 и лог.0 на выходе 7 (Q). Протеканию токов в отпирающем контуре (I) запираемого тиристора 1 (VS1) и запирающем контуре (IV) запираемого тиристора 2 (VS2) в обратном направлении в отрицательную полуволну (ток в катушке 27 (L0) протекает от конца к началу обмотки) будут препятствовать диоды 10 (D1) и 20 (D4). После открытия запираемого тиристора 1 (VS1) можно снять сигналы управления с фотодиодов 12 (VD1) и 22 (VD4) (что соответствует лог.0 на обоих входах R и S силового RS-триггера), тиристор 1 (VS1) при этом останется открытым и на выход 5 будет поступать лог.1, таким образом осуществляется режим памяти силового RS-триггера.

Если фотодиод 12 (VD1) заперт (что соответствует лог.0 на входе R), а на фотодиод 21 (VD3) подается управляющий сигнал (что соответствует лог.1 на входе S), одновременно подается управляющий сигнал на фотодиод 13 (VD2), при этом открываются соответствующие фотодиоды 13 (VD2) и 21 (VD3), тогда в положительную полуволну (ток в катушке 27 (L0) протекает от начала к концу обмотки) проходит импульс тока от конца обмотки 15 (L2) к ее началу, далее по запирающему контуру (II) запираемого тиристора 1 (VS1), в результате запираемый тиристор 1 (VS1) запирается, в то же время проходит импульс тока от конца обмотки 23 (L3) к ее началу, далее по отпирающему контуру (III) запираемого тиристора 2 (VS2), в результате запираемый тиристор 2 (VS2) открывается, вследствие этого начинает протекать ток от плюса силового питающего напряжения 3 (+) через анод запираемого тиристора 2 (VS2), далее через катод запираемого тиристора 2 (VS2) и общую точку 6 к выходу 7 (Q), то есть имеем лог.0 на выходе 5 и лог.1 на выходе 7 (Q). Протеканию токов в запирающем контуре (II) запираемого тиристора 1 (VS1) и отпирающем контуре (III) запираемого тиристора (VS2) в обратном направлении в отрицательную полуволну (ток в катушке 27 (L0) протекает от конца к началу обмотки) будут препятствовать диоды 11 (D2) и 19 (D3). После открытия запираемого тиристора 2 (VS2) можно снять сигналы управления с фотодиодов 13 (VD2) и 21 (VD3) (что соответствует лог.0 на обоих входах R и S силового RS-триггера), тиристор 2 (VS2) при этом останется открытым и на выход 7 (Q) поступает лог.1 (режим памяти силового RS-триггера).

При неправильной одновременной подаче управляющих сигналов на фотодиоды 12 (VD1) и 21 (VD3) (что соответствует лог.1 на обоих входах R и S силового RS-триггера) одновременно подаются управляющие сигналы на фотодиоды 13 (VD2) и 22 (VD4), при этом открываются соответствующие фотодиоды 12 (VD1), 13 (VD2), 21 (VD3), 22 (VD4), тогда в положительную полуволну (ток в катушке 27 (L0) протекает от начала к концу обмотки) ток, протекающий через катушку 14 (L1) не может протекать по отпирающему контуру (I) запираемого тиристора 1 (VS1), поскольку навстречу ему действует ЭДС, наводимая в катушке 15 (L2) от конца к началу ее обмотки, а также из-за наличия сопротивления 8 (R1), аналогично, ток, протекающий через катушку 15 (L2) не может протекать по запирающему контуру (II) запираемого тиристора 1 (VS1), поскольку навстречу ему действует ЭДС, наводимая в катушке 14 (L1) от конца к началу ее обмотки, а также из-за наличия сопротивления 8 (R1), поэтому токи через катушки 14 (L1) и 15 (L2) будут протекать по следующим путям: для катушки 14 (L1) ток протекает от конца к началу ее обмотки, для катушки 15 (L2) ток протекает от конца к началу ее обмотки, затем через общую точку 16 и конец обмотки катушки 14 (L1) к началу обмотки катушки 14 (L1), далее оба тока протекают по пути: фотодиод 12 (VD1), диод 10 (D1), общая точка 9 (R), диод 11 (D2),фотодиод 13 (VD2), конец обмотки катушки 15 (L2), для катушки 14 (L1) ток далее протекает от конца обмотки катушки 15 (L2) к ее началу, затем через общую точку 16 к концу обмотки 14 (L1). Одновременно начинают протекать токи через катушки 23 (L3) и 24 (L4), однако, ток, протекающий через катушку 23 (L3) не может протекать по отпирающему контуру (III) запираемого тиристора 2 (VS2), поскольку навстречу ему действует ЭДС, наводимая в катушке 24 (L4) от конца к началу ее обмотки, а также из-за наличия сопротивления 17 (R2), аналогично, ток, протекающий через катушку 24 (L4) не может протекать по запирающему контуру (IV) запираемого тиристора 2 (VS2), поскольку навстречу ему действует ЭДС, наводимая в катушке 23 (L3) от конца к началу ее обмотки, поэтому для катушки 23 (L3) ток протекает от конца к началу ее обмотки, для катушки 24 (L4) ток протекает от конца к началу ее обмотки, затем через общую точку 25 и конец обмотки катушки 23 (L3) к началу обмотки катушки 23 (L3), далее оба тока протекают по пути: фотодиод 21 (VD3), диод 19 (D3), общая точка 18 (S), диод 20 (D4),фотодиод 22 (VD4), конец обмотки катушки 24 (L4), для катушки 23 (L3) ток далее протекает от конца обмотки катушки 24 (L4) к ее началу, затем через общую точку 25 к концу обмотки 23 (L3). В результате, на запираемые тиристоры 1 (VS1) и 2 (VS2) не поступают ни сигналы, отпирающие их, ни сигналы, которые бы их запирали, и запираемые тиристоры 1 (VS1) и 2 (VS2) останутся в тех состояниях, в которых они были до неправильной одновременной подачи управляющих сигналов на фотодиоды 12 (VD1) и 21 (VD3) (что соответствует лог.1 на обоих входах R и S силового RS-триггера).

Таким образом, данное изобретение может быть использовано в силовых схемах, использующих триггерный режим работы при высокой выходной мощности устройства, большой величине коммутируемых токов и отсутствии неопределенностей выходных сигналов.

Изобретение относится к коммутационным устройствам и может быть использовано в силовых схемах, использующих триггерный режим работы. Техническим результатом изобретения является повышение выходной мощности устройства и величины коммутируемых токов за счет использования запираемых тиристоров, а также исключение неопределенностей выходных сигналов триггера. Силовой RS-триггер содержит два запираемых тиристора. Аноды первого и второго тиристоров объединены и соединены с плюсом силового питающего напряжения. Катод первого тиристора соединен с выходом . Катод второго тиристора соединен с выходом Q. Управляющий электрод первого тиристора подключен к одному из входов первого резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, являющейся входом R, которая соединена с катодом первого и анодом второго диодов. Аноды первого диода и первого фотодиода соединены, катоды второго диода и второго фотодиода также соединены. Катод первого фотодиода соединен с началом обмотки первой катушки, а анод второго фотодиода соединен с концом обмотки второй катушки. Конец обмотки первой и начало обмотки второй катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом первого тиристора. Управляющий электрод второго тиристора подключен к одному из входов второго резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, являющейся входом S, которая соединена с катодом третьего и анодом четвертого диодов. Аноды третьего диода и третьего фотодиода соединены, катоды четвертого диода и четвертого фотодиода также соединены. Катод третьего фотодиода соединен с началом обмотки третьей катушки, а анод четвертого фотодиода соединен с концом обмотки четвертой катушки. Конец обмотки третьей и начало обмотки четвертой катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом второго тиристора. Первая, вторая, третья и четвертая катушки связаны трансформаторной связью при помощи магнитопровода с обмоткой возбуждения, которая подключена к генератору высокочастотных импульсов. 1 ил., 1 табл.

Силовой RS-триггер, имеющий два входа R и S и два выхода Q и отличающийся тем, что он содержит два запираемых тиристора, аноды первого и второго тиристоров объединены и соединены с плюсом силового питающего напряжения, катод первого тиристора соединен с выходом катод второго тиристора соединен с выходом Q, управляющий электрод первого тиристора подключен к одному из входов первого резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, являющейся входом R, которая соединена с катодом первого и анодом второго диодов, аноды первого диода и первого фотодиода соединены, катоды второго диода и второго фотодиода также соединены, катод первого фотодиода соединен с началом обмотки первой катушки, а анод второго фотодиода соединен с концом обмотки второй катушки, конец обмотки первой и начало обмотки второй катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом первого тиристора, управляющий электрод второго тиристора подключен к одному из входов второго резистора, второй вход которого соединен с общей точкой, являющейся входом S, которая соединена с катодом третьего и анодом четвертого диодов, аноды третьего диода и третьего фотодиода соединены, катоды четвертого диода и четвертого фотодиода также соединены, катод третьего фотодиода соединен с началом обмотки третьей катушки, а анод четвертого фотодиода соединен с концом обмотки четвертой катушки, конец обмотки третьей и начало обмотки четвертой катушек подключены к общей точке, которая соединена с катодом второго тиристора, первая, вторая, третья и четвертая катушки связаны трансформаторной связью при помощи магнитопровода с обмоткой возбуждения, которая подключена к генератору высокочастотных импульсов.