Устройство коммутации Советский патент 1983 года по МПК H03K17/16 

Изобретение относится к автоматике и коммутационной технике.

Известны коммутаторы, содержа цие ключевой транзистор, формирователь управля ощих импульсов, выпрямитель, источник напряжения и генератор Cl .

Недостатки указанного устройства - низкая надежность функционирования и узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство коммутации, содержащее основной формирователь импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора, а также источник напряжения, выпрямитель и элемент И, первый вход которого соединен с управляющей шиной 2.

Недостатками известного устройства являются низкая надежность функционирования и узкие функциональные возможности.

Цель изобретения - повышение на.дежности работы и расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройство коммутации, содержащее источник напряжения, основной формирователь импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора, а° также выпрямитель и элемент И введены дополнительный ключевой тразистор, дополнительный формирователь импульсов, два диода, трансформатор, коммутирующий конденсатор, фильтр компаратор, блок синхронизации и задающий генератор, выход которого соединен с тактовым входом блока синхронизации, прямой выход которого соединен с входом

основного формирователя импульсов, инверсный выход через дополнительный формирователь импульсов - с базой дополнительного ключевого транзистора, эмиттер которюго соединен с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен через первый диод в прямом направлении с коллектором основного ключевого транзистора, эмиттер которого соединен через второй диод в прямом направлении с коллектором дополнительного ключевого транзистора и непосредственно с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через коммутирующий конденсатор соединен с эмиттером дополнительного ключевого транзистора, а вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными шинами и информационными входами компаратора, управляющий вход .которого подключен к шине опорного сигнала, д выход соединен с первым

.входом элемента И, второй вход которого подключен к управляющей шине, а выход - к управляющему входу блока синхронизации.

На чертеже представлена функциональная схема коммутатора.

Схема содержит основной формирователь 1 импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора 2 дополнительный формирователь 3 импульсов, вход которого соединен с инверсным выходом блока 4 синхронизации, а выход - с базой дополнительного ключевого транзистора 5, коллектор которого через катод-анод диода 6 подключен к эмиттеру ключевого транзистора 2 и первому выводу первичной обмотки трансформатора 7, второй вывод которой через коммутирующий конденсатор 8 соединен с эмиттером ключевого транзистора 5 и первым выводом источника 9 напряжения, второй вывод которого через анод-катод диода 10 подключен к коллектору ключевого транзистора 2. Вход формирователя 1 импульсов соединен

:с прямым выходом блока 4 синхронизации, информационный вход которого соединен с выходом генератора 11 а управляющий вход подключен к вы- ходу элемента И 12, первый вход которого соединен с управляющей шиной 13, а второй вход - с выходом компаратора 14, управляющий вход

.которого подключен к шине 15 опорного сигнала, а информационные входы - к выходным шинам 16 и выходам фильтра 17, входы которого через выпрямитель 18 соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора 7.

Функционирование устройства осуществляется следующим образом.

При подаче внешнего сигнала управления по шине 13 на первый вход элемента И 12 и при наличии на втоPON входе элемента И 12 разрешающего сигнала с выхода компаратора 14 подается сигнал на управляющий вход блока 4 синхронизации, который с частотой генератора 11 поочередно со сдвигом на половину периода возбуждает входы формирователей 1 и 3. На Быходах формирователей 1 и 3 появляются импульсы управления. При открывании транзистора 2 (транзистор 5 находится в закрытом состонии ) все напряжение источника 9 напряжения оказывается приложенным

:к первичной обмотке трансформатора 7, которая вместе с конденсатором 8 образует колебательный контур. Индуктивностью колебательного контура я вляется индуктивность рассеяния первичной обмотки, приведенные к первичной стороне индуктивность рассеяния вторичной обмотки

трансформатора 7 и индуктивность фильтра 17. Напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора .7 трансформируется во вторичную обмотку, в результате чего появляется ток во вторичной обмотке, заряжающий через выпрямитель 18 конденсатор фильтра 17.

Протекание тока по первичной, обмотке трансформатора 7 приводит к заряду конденсатора 8, в реэультате чего суммарная ЭДС в контуре уменьшается. Через определенное время после достижения некоторого максимального значения ток в первичной обмотке трансформатора 7 начинает снижаться и через время, равное половине периода собственной частоты контура, ток в контуре становится равным нулю. При этом форма тока

близка к синусоидальной. За время протекания этого тока конденсатор 8 заряжается до напряжения примерна равного или до большого, чем напряжение источника 9 напряжения. После небольшой паузы (1-5 мкс), требуемой для исключения сквозных токов, возникающих за счет избыточных носителей в переходах транзисторов 2 и 5, по сигналу с выхода формирователя 3 открывается транзистор 5 (транзистор 2 находится в запертом состоянии). В этот полупериод происходит разряд конденсатора В по цепи: первичная обмотка трансформатора 7 - диод 6 - транзистор 5. Во вторичную обмотку при этом трансформируется импульс напряжения, форма которого практически равна импульсу в предыдущий такт, а ток также имеет форму, близкую к синусоидсшьнбй. Через выпрямитель 18 протекает ток и происходит дальнейший заряд конденсатора фильтра 1

Контуры, по которьм протекает ток при включении транзисторов 2 и 5, практически не. отличаются по паргмеграм, поэтому формы токов и напряжений на обмотках трансформатора 7 идентичны. После прекращения тока по транзистору 5 напряжение на конденсаторе В близко к нулю или имеет небольшое отрицательное значение. Диоды 6 и 10 необходикы для Зснциты транзисторов 2 и 5 от обратных напряжений, определяемых конечным знач нием напряжения на конденсаторе 8. Поочередное включение транзисторов 2 и 5 продолжается все время, пока на управляющем входе блока 4 .синхронизации присутствует разрешающий

сигнал. К выходным ШИНёШ 16 ПОДКЛМчается коммутируемая нагрузка Z, по крторой протекает ток разряда конденсатора фильтра 17. Это же напряжение подается на вход компара- . тора 14, который производит сравнение этого напряжения с опорным сигналом, поданным по шине 15. В случае необходимости входные цепи компаратора 14 могут включать в себя делитель напряжения. Если входное напряжение меньше опорного сигнала, то на выходе компаратора 14 появляется сигнал, разрешающий работу транзисторов 2 и 5.

При превышении напряжения на конденсаторе фильтра 17 опорного сигнала сигнал с выхода компаратора 14 снимается и через элемент И 12 блок

4синхронизации, транзисторы 2 и 5 запираются на все время, пока сигнал на выходе компа ратора 14 не изменится. Изменяя значение опорного сигнала, можно получать на выходных шинах 16 необходи1Ф е напряжения и поддерживать их с необходимой точностью. При этом параметры нагрузки могут существенно отличаться от параметров источника 9 напряжения, т.е. напряжение источника 9 может быть выше или ниже требуемого для нормальной работы нагрузки. Величин напряжения, требуемого для нормального питания нагрузки, получается

за счет установки необходимого значния опорного сигнала и выбора определенного соотношения числа витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 7, в результате чего трансформатор 7 может быть повы.шающим или -понижающим. Обратная связь через компаратор 14, элемент И 12 и блок 4 синхронизации позволяет стабилизировать требуемое значение напряжения на нагрузке, подавать и снимать его по сигналу на управляющей шине 13, т.е. осуществлять коммутацию напряжения на нагрузке с одновременной стабилизацией требуемого значения напряжения. Рабочая частота генератора 11 выбирается- исходя из частотных свойств транзисторов 2 и -5 ц составляет 20-50 кГц. Синусоидальная форма тока позволяет исключить коммутационные потери в транзисторах 2 и 5, так как в момент включения и выключения транзисторов 2 и 5 ток через коллекторный вывод не протекает. Таким образом, за счет введения ряда элементов появится возможность использования предлагаемого уст- . ройства коммутации при несогласованной с источником напряжения нагрузке. Например, при питании от источника напряжения 50 В можно получить иа нагрузке 10 В при токе, превышгиощем ток источника напряжения и ключевых транзисторов (ключей) в

5раз. Известные устройства не позволяют коммутировать токи большие,. чем те, на которые рассчитаны ключевые транзисторы.

Ю

V

УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ, содержащее источник напряжения, основной формирователь импульсов, выход которого соединен с базой основного ключевого транзистора, а также выпрямитель и элемент И, о тличающееся тем, что, с целью расширения функционсшьных возможностей и повышения надежности работы, введены дополнительный ключевой Транзистор, дополнительнь1й формирователь импульсов, два диода, трансфо.рматор, коммутирующий конденсатор, фильтр, компаратор, елок синхронизации и задающий генератор, выход которого соединен с тактовым входом блока синхронизации, прямой выход которого соединен с входом основного формирователя импульсов, инверсный выход через, дополнительный формирователь импульсов - с базой дополнительного ключевого транзистора, эмнттер которого соединен с первым выводом источника напрйжения, второй вывод которого соединен через первый диод в прямом направлении с коллектором основного ключевого транзистораj эмиттер которого соединен через второй диод в прямом направлении с коллектором дополнительного ключевого транзистора и непосредственно с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через коммутирующий конденсатор соединен с эмиттером дополни(Л тельного ключевого транзистора, а вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр соединена с выходными шинами и-информационными входами компаратора, управляющий вход которого подключен к шине опорного сигнала, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен сд к управляющей шине, а выход - к 00 управляющему входу блока синхрониэации. о ел to