Динамический Д-триггер Советский патент 1983 года по МПК H03K3/286 

Изобретение относится к автоматике и импульсной технике и может быть использовано в качестве устройства защиты электронно-лучевой термической установки, в качестве переключателя реверса электродвигателей, в качестве преобразователя фаза- полярность и фаза-ток с возможностью плавного н дискретного изменения тока нагрузки.

Известно триггерное устройство, содержащее щесть элементов И-НЕ, две тактовые шины, упрощенную щину сброса и обладающее повышенной помехоустойчивостью 1. Однако функциональное назначение устройства ограничено, так как оно может использоваться в основном как элемент цифровой автоматики в вычислительной и измерительной технике.

Наиболее близким к предлагаемому по общности однотипных элементов и по технической сущности является триггер со счетным входом, содержащий тиристоры, транзистор и резисторы. Он обладает повышенной надежностью и помехоустойчивостью и может коммутировать сравнительно большой ток нагрузки 2.

Однако известный триггер имеет недостаточно широкие функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и увеличение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в динамический D-триггер, содержащий два тиристора, транзистор, тиристорный ключ и резисторы, дополнительно введены транзистор, тиристорный ключ, два симистора, компаратор, инвертор, две диодные матрицы, два одновибратора и инвертор полярности, при этом симисторы включены встречнопараллельно и последовательно с нагрузкой к шинам питания, управляющие электроды симисторов через тиристорные ключи - к катоду первого и аноду второго тиристора, соответственно анод и катод которых подключены к щинам смещения, управляющие электроды тиристорных ключей подключены соответственно через последовательно соединенные резистор, первый диод первой матрицы и резистор, второй диод первой матрицы и инвертор полярности к общей щине, управляющий электрод второго тиристора соединен через последовательно соединенные третий-и четвертый диоды второй матрицы с управляющим входом первого тиристора и выходом инвертора, выход компаратора соединен с входом инвертора, а входом первого одновибратора через первый диод второй матрицы - с входом второго одновибратора, выходы которых подключены соответственно к базам транзисторов и через второй диод второй матрицы к управляющему электроду второго тиристора, входные шины R, S и Т соединены через резисторы

с входами компаратора, входная шина D соединена с анодами третьего и четвертого диодов второй матрицы.

Такая структура симисторного .динамического D-триггера позволяет существенно расщирить его функциональные возможности увеличением токов нагрузки, возможностью преобразования фаза-полярность, фаза-ток с дискретным и плавным изменением тока нагрузки, а также увеличить

О быстродействие за счет объединения во времени переходного процесса отключения одного тиристора при включении другого.

Коммутация тока нагрузки при помощи симисторов при отсечке тока управления после включения позволяет, кроме того, улучшить надежность.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема симисторного динамического D-триггера; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу D-триггера и D-логику; на фиг. 3 -

0 то же, поясняющие фазовую регулировку тока нагрузки; на фиг. 4 - то же, поясняющие работу триггера в качестве преобразователя фаза-полярность.; на фиг. 5 и 6 - то же, поясняющие счетный режим устройства.

Устройство содержит тиристоры 1 и 2 с шунтирующими их транзисторами 3 и 4, тиристорные ключи 5 и 6, симисторы 7 и 8, включенные встречно-параллельно в цепи переменного напряжения, компаратор 9,

Q инвертор 10, диодные матрицы 11 и 12, одновибраторы 13 и 14, резисторы 15-27 и инвертор полярности 28.

D-клемма 29 триггера подключена через диодную матрицу 11 к управляющим электродам тиристоров 1 и 2, S-клемма 30 через

5 резистор 19 - к неинвертирующему входу компаратора 9, R-клемма 31 через резистор 22 - к его инвертирующему входу, а Т-клемма 32 через резисторы 20 и 21 - к обоим его входам. Кроме того, устройство имеет шины питания 33 и 34, нагрузки 35

0 и шины смещения 36 и 37.

Симисторы 7 и 8 обладают симметрией по управляющему электроду и включаются, соответственно, положительным и отрицательны.м импульсами тока с последующей

отсечкой после включения при помощи тиристорных ключей 5 и 6.

Тиристоры 1 и 2 с шунтирующими транзисторами 3 и 4 и одновибраторами 13 и 14 выполняют роль управляемых ключей, выполненных на базе двух тиристорных триггеров и подсоединяющих плюсовой или минусовой источники смещения через тиристорные ключи 5 и 6 к управляющим электродам симисторов 7 и 8. При этом на резисторе 15 утечки обеспечивается соответствующая полярность. При включении обоих

5 тиристоров 1 и 2 напряжение на резисторе утечки около нуля и симисторы не коммутируются (D-запрет).

Транзисторы 3 и 4 служат для выключения тиристоров 1 и 2. Падение напряжения во включенном состоянии на каждом из транзисторов ниже, чем внутреннее сопротивление включенного тиристора, поэтому при включении транзистора возникает отсос тока этим транзистором и выключение тиристора.

Компаратор 9 обеспечивает управление включением и выключением тиристоров 1 и 2 при воздействии импульсами на R- или S-входы динамического D-триггера, а операционный усилитель (ОУ), на базе которого выполнен компаратор/ переходит в соответствующее состояние, которое запоминается. Если импульсы поданы на тактирующий Т-вход, то ОУ осуществляет деление на два (фиг. 3, диаграммы Би В).

Пусть на Т-вход 32 подан первый положительный импульс (фиг. 5) при плюсовом состоянии компаратора 9. Плюс состояние обусловливает направление токов i, и l, которые через резистивные делители замыкаются на щи11|у «Общий. Направление тока импульса для ветви резистивного делителя (резисторы 19 и 24) противоположное, а для другой ветви (резисторы 25 и 23)- согласное. Потенциал на инвертирующем входе превысит потенциал на неинвертирующем, и операционный усилитель (компаратор 9) перейдет в минусовое состояние.

При втором положительном импульсе, когда ОУ находится в минусовом состоянии, направление токов it и 1 будет противоположное (фиг. 6). Это вызывает превышение потенциала на неинвертирующем входе и переход ОУ в плюсовое состояние. Осуществляется счетный режим.

При перепадах ОУ в плюсовое и минусовое состояния одновИбраторами 13 и 14 коммутируются соответствующие транзисторы 3 и 4, кратковременно переходящие в проводящее состояние и выключающие соответствующий тиристор 1 или 2. Одновременно в противоположном плече закрывающегося тиристора другой тиристор открывается, подключая соответствующий источник смещения (-УЗ) или (-fU,) к резистору 15 и через соответствующий ключ 5 или 6, открытый напряжением положительной, (отрицательной) полярности при закрытых симисторах 7 и 8, к их управляющим электродам Это обеспечивает открывание соответствующего симистора и коммутацию тока нагрузки источника переменного напряжения. После коммутации соответствующего симистора происходит отсечка его управляющего тока за счет снижения его внутреннего сопротивления почти до нулевого значения. Например, если плюсовая полярность переменного тока приложена к аноду закрытого симистора 7, то минусовая полярность приложена к его катоду. Инвертор полярности 28 обеспечивает на выходе положительную полярность, что открывает, соответствующий диод первой диодной матрицы 12 и через резистор возможную коммутацию тиристорного ключа 5, разрещенного к коммутации в течение всего положительного полупериода напряжения fc. При коммутации этого тиристорного ключа 5 тока включения симистора 7 последний открывается и в течение периода с момента включения до конца полупериода плюсовая полярность приложена к другому диоду диодной матрицы 12 и к входу инвертора полярности 28. Это обеспечивает минусовую полярность на его выходе, закрытие первого диода диодной матрицы 12 и закрытие тиристорного ключа 5 по его управляющему электроду. (В тиристорных ключах 5 и 6 использованы тиристоры, управляемые по управляющему электроду). Тиристорный ключ 6 в указанный период не оказывает влияния на симистор 8, так как в указанной полярности приложенного напряжения анодкатод этот симистор открыться не может.

При изменении на щинах 33 и 34 полярности напряжения f симистор 7 закрывается при переходе напряжения f через нуль, к аноду закрытого симистора приложена плюсовая полярность напряжения , что обеспечивает минусовую полярность на выходе инвертора полярности 28 и возможность открывания тиристорного ключа 6, так как его открывание разрещено по управляющему электроду через соответствующий открытый диод диодной матрицы 12 и т. д.

Таким образом, при коммутациях симисторов обеспечивается отсечка их управляющего тока. Это увеличивает надежность работы мощных симисторов и быстродействие, так как позволяет без ущерба ухудщения надежности работы повысить ток управления до максимального значения.

При работе динамического триггера в режиме R- или S-сбросов положительным импульсом сброса (фиг. 2 диаграммы R и S) компа эатор 9 переводится, соответственно, в плюсовое или минусовое состояние, что обеспечивает подключение соответствующего источника смещения к управляющему электроду симистора согласно описанию и возможность коммутации в положительные или отрицательные полупериоды (фиг. 2, диаграммы БиВ).

При запрещающем импульсе на D-входе 29 триггера (фиг. 2, диаграмма Д) коммутируются оба тиристора 1 и 2, обеспечивая на резисторе 15 и управляющих электродах симисторов 7 и 8 нулевой потенциал. При поступлени тактирующих импульсов на Т-вход 32 триггера (фиг. 2, диаграмма Г) ток нагрузки отсутствует. При снятии запрета возникает счетный режим триггера (фиг. 2, диаграммы ТиА).

Таким образом, динамический D-триггер может выполнять функции преобразователей

фаза-полярность и фаза-ток нагрузки в ряде устройств промышленной автоматики.

Пусть импульсы поданы последовательно на R- и S-входы 31 и 30 триггера с плюсовым или минусовым фазовым рассогласованием (фиг. 4, диаграммы R и S). При плюсовой фазе (-ЬЛ, открывается тиристор I, коммутирующий плюсовой источник смещения, а при минусовой фазе - тиристор 2, коммутирующий , минусовый источник смещения (фиг. 4, диаграммы R, S и А). Изменение знака фазы ведет к изменению полярности.

Пусть тактирующие импульсы, подаваемые на Т-вход 32 триггера имеют фазовые сдвиги относительно импульсов переменного напряжения источника питания частотой f соответственно {+Л«Г|; .j... )- Симисторы будут коммутировать токи нагрузки в соответствии с фазовыми сдвигами входных импульсов.

Таким образом, динамический D-триггер может выполнять функцию преобразователя фаза-ток нагрузки с плавным изменением тока нагрузки. Плавное изменение этого тока может быть дополнено дискретным изменением тока, если обеспечивать, например, сбросы триггера по R- и S-входам 31 и 30.

Очевидно, что предлагаемое устройство существенно расщиряет функциональные возможности известного.

Увеличение быстродействия достигается совмещением процесса включения-выключения тиристоров.

В связи с больщим коэффициентом усиления тиристоров и симисторов D-триггер при токах управления порядка миллиампер может коммутировать мощности порядка единиц и десятков киловатт и его весьма удобно использовать в качестве быстродействующего элемента защиты.

ДИНАМИЧЕСКИЙ D-ТРИГГЕР, содержащий два тиристора, транзистор, тиристорный ключ и резисторы, отличающийся. тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и увеличения быстродействия, в него дополнительно введены транзистор, тиристорный ключ, два симистора, компаратор, инвертор, две диодные матрицы, два одновибратора и инвертор полярности, при этом симисторы включены встречнопараллельно и последовательно с нагрузкой к шинам питания, управляюшие электроды симисторов через тиристорные ключи - гэ 31 И к катоду первого и аноду второго тиристора, соответственно анод и катод которых подключены к шинам смешения, управляюшие электроды тиристорных ключей подключены соответственно через последовательно соединенные резистор, первый диод первой матрицы, резистор, второй диод первой матрицы и инвертор полярности к обшей шине, управляюший электрод второго тиристора соединен через последовательно соединенные третий и четвертый диоды второй матрицы с управляюш,им входом первого тиристора и выходом инвертора, выход компаратора соединен с входом инвертора, а входом первого одновибратора через первый диод второй матрицы - с входом второго одновибратора, выходы которых подключены соотi ветственно к базам транзисторов и через второй диод второй матрицы к управляюше(Л му электроду второго тиристора, входные шины R, S и Т соединены через резисторы с входами компаратора, входная шина Д соединена с анодами третьего и четвертого диодов второй матрицы. 2 53 со ел со Од

Фи.2

Фиг. 5

R S

ФигЛ