Магнитно-транзисторный коммутатор Советский патент 1987 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано В ключевых усилителях тока, например, для управления электродвигателями.

Цель изобретения - увеличение КПД

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первую 1 и вторую 2 силовые клеммы цепи нагрузки, входную управляющую шину 3, силовой транзистор 4 с цепью запирания, в качестве которой может быть использован например, резистор 5, включен- ный между базой и эмиттером силового транзистора 4, источник 6 тока с положительным 7 и отрицательным 8 выводами, первый 9 и второй 10 управляющие диоды, первый трансформатор 11, имеющий базовую обмотку 12, конец которой через первый базовый диод 13 подключен к базе силового транзистора 4, управляющую обмотку 14, начало которой подключено к коллектору управляющего транзистора 15, эмиттер которого подключен к земляной шине 16, обмотку 17 смещения, концом соединенную с началом обмотки 18 смещения второго трансформатора 19, имеющего также управляющую обмотку 20, обмотку 21 обратной связи и базовую обмотку 22, начало которой через второй базовый диод 23 подключено к базе силового транзистора 4, а конец - к его эмиттеру. Коммутатор снабжен источником 24 управляющего напряжения с положительным 25 и отрицательным 26 выводами, стабилитроном 27, Конденсатором 28, первьм, вторым, третьим и четвертым дополнительными резисторами 29 - 32, компаратором 33 с прямым 34 и инверсньш 35 входами сравнения, управляющим входом -36 и выходом 37, подключенным к базе управляющего транзистора 15, коллектор которого подключен к аноду первого управляющего диода 9, катод которого подключен к катоду стабилитрона 27, анод которого подключен к соединенным вместе концу управляющей обмотки 14 первого трансформатора 11 и положительному выводу 25 источника 24 управляющего напряжения, отрицательный вывод 26 которого подключен к земляной шине 16, к которой подключены один вывод конденсатора 28, один вывод первого резистора 29 и на

5

0

5

0

5

0

5

0

5

чало управляющей обмотки 20 второго трансформатора 19, конец которой подключен к соединенным каждый одним из своих выводом второму 30 и третьему 31 резисторам, при этом другой свободный вывод второго резистора 30 соединен со свободным выводом первого резистора 29 и с прямым входом 34 сравнения компаратора 33, который инверсным входом 35 сравнения соединен со свободными выводами конденсатора 28 и третьего резистора 31, а также с одним из выводов четвертого резистора 32, другой вывод которого подключен к аноду второго управляющего диода 10, катод которого подключен к со единенным вместе управляющему входу 36 компаратора 33 и управляющей шине 3, при этом отрицательный вьгаод 8 источника 6 тока соединен с концом обмотки 18 смещения второго трансформатора 19, а положительный вывод 7 источника 6 тока - с началом обмотки 17 смещения первого трансформатора 11, начало базовой обмотки 12 которого подключено к началу базовой обмотки 22 второго трансформатора 19, конец которой соединен с началом его обмотки 21 обратной связи, конец которой соединен с первой силовой клеммой 11, причем вторая силовая клемма 2 подключена к коллектору силового транзистора 4. IВ исходном положении включены источник 6 тока, источник 24 напряжения, подано напряжение питания компаратог ра 33 (цепи питания компаратора .не показаны), Управляющее напряжение в исходном состоянии отрицательное, что соответствует закрытому состоянию силовой цепи переключателя тока. Управляющее напряжение поступает на управ- ляющий (стробирующий) вход 36 компаратора 33, что обеспечивает отрицательный сигнал на его выходе 37 независимо от знака входного напряжения компаратора 33. При этом обеспечивается закрытое состояние управляющего транзистора 15. Ток источника 6 тока протекает по обмоткам 17 и 18 смещения первого 11 и второго 19 трансформаторов. Магнитопроводы указанных трансг форматоров при этом подготовлены к пе- ремагничиванию. Напряжение на обмотках первого 11 и второго 19 трансформаторов равно нулю. Силовой транзистор 4 заперт. Управляющее напряжение через второй управляющий диод 10 и ренитопровода первого трансформатора 11 обеспечивается параметрически.

Для осуществления указанных мер в режиме открытого состояния коммутатора организовано периодическое переключение управляющего транзистора 15, что и приводит к периодической смене знака прикладываемого к обмоткам первого 11 и второго 19 трансформаторов

31324099

зистор 32 поступает также на инверсный вход 35 сравнения компаратора 33 и подсоединенньй к нему параллельно конденсатор 28. За счет этого напряжение на конденсаторе 28 отрицатель- 5 кое, а входное напряжение компаратора 33 - положительное, что обеспечивает положительный сигнал на выходе компаратора при подаче на его управляющий вход 36 положительного сигнала О напряжения. Полярность напряжения на с управляющей шины 3.обмотках первого трансформатора 11:

Открытие силовой цепи устройства минус на начале, плюс на Конце, обес- (клемма 2 - коллектор-эмиттерный пере- печивается при включенном состоянии ход силового транзистора 4 - обмотка управляющего транзистора 15-за счет 21 обратной связи) осуществляется по-J5 напряжения источника 24 в обмотке 14. дачей на управляющую шину 3 напряжения поло сительной полярности. Поскольку напряжение на управляющем входе 36 компаратора 33 также становится положительным, выходное напряжение этого 20 транзистора 4 и напряжения на базовой компаратора в соответствии со зна- обмотке 22. При этом полярность напря- ком его входного напряжения становится положительным. Управляющий транзистор 15 открывается и подключает управляющую обмотку 14 первого транс-25 включении управляющего транзистора 15 форматора 11 к источнику 24 управляю- полярность на обмотках первого 11 и щего напряжения. Соответственно, по- i второго 19 трансформаторов меняется является напряжение на базовой обмот- на противоположную. При этом поляр- ке 12 первого трансформатора 11 и ность плюс на начале, минус на конце обеспечивается протекание базового 30 у обмоток первого трансформатора 11 тока в силовом транзисторе 4. Величина базового тока в первый момент времени пропорциональна величине тока

Напряжение на базовой обмотке 12 при этом уравновеигивается за счет падения напряжения на первом базовом диоде 13, база-эмиттерном переходе силового

жения на базовой обмотке 22 и других обмотках второго трансформатора 19 - плюс на конце, минус на начале. При

смещения, протекающего по обмотке 18

обеспечивается за счет протекания тока, трансформируемого из обмотки 17 в обмотку 14 по цепи: управляющая обмотка 14, первый диод 9, стабилит- смещения второго трансформатора 19. 5 рон 27. Величина напряжения стабили Наличие базового тока силового тран- трона 27 выбирается большей величины зистора 4 приводит к его -отпиранию и протеканию по силовой цепи, ток базы силового транзистора 4 увеличиванапряжения источника 24, что обеспечивает восстановление первого трансформатора 11 за время, меньшее време- 40 ни его намагничивания.

ется на величину, пропорциональному току силовой цепи.

Полярность плюс на начале, минус на конце у обмоток второго трансформатора 19 обеспечивается за счет приложения к базовой обмотке 22 падения

В схеме коммутатора применено управление силовым транзистором 4 с помощью первогЬ 11 и второго 19 транс- „Гпряж ения нГвто ром баз овом даоде 23 форматоров. При этом в режиме открытого состояния устройства обеспечено перемагничивание их сердечников на

высокой частоте. С этой целью предуи база-эмиттерном переходе силового транзистора 4 при протекании тока по цепи: базовая обмотка 22, базовый диод 23, база-эмиттерный переход си- смотрена возможностью периодической лового транзистора 4. смены знака напряжения, прикладываемого к обмоткам этих трансформаторов. Периодическое переключение управ- Предусмотрено исключение глубокого ляющего транзистора 15 осуществляет- насыщения трансформаторов, при кото- ся с помощью компаратора 33 за счет ром нарушилась бы передача тока в ба-,, охвата последнего пропорциональной

зу силового транзистора 4. Для этого во втором трансформаторе 19 обеспечен контроль магнитного состояния его маг- нитопровода. Исключение насьщения магположительной и интегрирующей отрицательной обратными, связями. Обратные связи осуществляются с помощью управляющей обмотки 20. Для этого на прянитопровода первого трансформатора 11 обеспечивается параметрически.

Для осуществления указанных мер в режиме открытого состояния коммутатора организовано периодическое переключение управляющего транзистора 15, что и приводит к периодической смене знака прикладываемого к обмоткам первого 11 и второго 19 трансформаторов

напряжения. Полярность напряжения на обмотках первого трансформатора 11:

минус на начале, плюс на Конце, обес- печивается при включенном состоянии управляющего транзистора 15-за счет напряжения источника 24 в обмотке 14. транзистора 4 и напряжения на базовой обмотке 22. При этом полярность напря- включении управляющего транзистора 15 полярность на обмотках первого 11 и второго 19 трансформаторов меняется на противоположную. При этом поляр- ность плюс на начале, минус на конце у обмоток первого трансформатора 11

Напряжение на базовой обмотке 12 при этом уравновеигивается за счет падения напряжения на первом базовом диоде 13, база-эмиттерном переходе силового

минус на начале, плюс на Конце, обес- печивается при включенном состоянии управляющего транзистора 15-за счет напряжения источника 24 в обмотке 14. транзистора 4 и напряжения на базовой обмотке 22. При этом полярность напря включении управляющего транзистора 15 полярность на обмотках первого 11 и второго 19 трансформаторов меняется на противоположную. При этом поляр- ность плюс на начале, минус на конце у обмоток первого трансформатора 11

жения на базовой обмотке 22 и других обмотках второго трансформатора 19 - плюс на конце, минус на начале. При

обеспечивается за счет протекания тока, трансформируемого из обмотки 17 в обмотку 14 по цепи: управляющая обмотка 14, первый диод 9, стабилит- 5 рон 27. Величина напряжения стабили трона 27 выбирается большей величины

напряжения источника 24, что обеспечивает восстановление первого трансформатора 11 за время, меньшее време- 40 ни его намагничивания.

Полярность плюс на начале, минус на конце у обмоток второго трансформатора 19 обеспечивается за счет приложения к базовой обмотке 22 падения

„Гпряж ения нГвто ром баз овом даоде 23

положительной и интегрирующей отрицательной обратными, связями. Обратные связи осуществляются с помощью управляющей обмотки 20. Для этого на пря5 13240996

мой вход 34 сравнения компаратора 33вается. После этого базовый ток преподается через делитель напряжения натекает по цепи: базовая обмотка 22, резисторах 30 и 29 часть напряжениявторой базовый дио д 23, база-эмиттер- управляющей обмотки 20, а на его ин-ный переход силового транзистора 4, йерсный вход 35 сравнения - напряже- 5Д° насьпдения второго трансформато- ние конденсатора 28, проПорциональ-ра 19. После его насьпцения напряжение нее интегралу напряжения управляющейна базовой обмотке 22 пропадает, Ба- обмотки 20, а следовательно, пропор-зовый ток силового транзистора 4 -пре- циснальное индукции магнитопроводакращается, что приводит к его запира- второго трансформатора 19. Фазировка Онию через время рассасывания. Таким управляющей обмотки 20 выбрана такой,образом, после момерта подачи запираю- чтобы знак напряжения на ней совпадалщего сигнала на управляющую шину 3 со знаком напряжения на выходе 37до момента запирания силового тран- компаратора 33. Таким образом обеспе-зистора 4 проходит нремя, равное вре- чивается режим работы генератора пё- -5мени остаточного перемагничивания вто- риодических колебаний, за счет рабо-рогр трансформатора 19 и времени ты которого достигается перемагничи-рассасывания силового транзистора 4. вание сердечников первого 1 1 и вто-Однако это время небольшое и в боль- рого 19 трансформаторов. Посколькушинстве случаев им можно пренебречь, напряжение на конденсаторе 28 соот- 20 Таким образом, в предлагаемом уст- ветствует индукции второго трансфор-ройстве осуществляется экономичное матора 19, то при работе генератора пропорционально-токовое управление колебаний обеспечивается изменениесиловым транзистором без введения этой индукции в заданных пределах,дополнительных элементов в силовую определяемых параметрами схемы. Ис- 5цепь переключателя, что позволяет ключение насыщения осуществлено зав сравнении с прототипом, увеличить счет уменьшения напряжения на управ-его КПД.

ляющей обмотке 20 в самом начале про-Формула изобретения цесса насыщения. При этом происходит

корректировка момента изменения знака 30 Магнитно-транзисторный коммутатор,

входного напряжения компаратора 33 исодержащий силовой транзистор и два

за счет этого корректировка момента,трансформатора с обмотками базовой,

переключения управляющего транзисто-управления и смещения, база силового

ра 15, что обеспечивает реверс знакатранзистора через первый прямосмещеннапряжения на обмотках второго транс- 35 -° соединена с концом базовой

форматора 19 и выход рабочей точки пообмотки первого трансформатора и чеиндукции из области насыщения. ТакимР з второй прямосмещенный диод - с

образом, рабочая зона по индукции вто-началом базовой обмотки второго, корого трансформатора 19 может лишь которой соединен с эмиттером сисаться начальной области насыщения. 40лового транзистора, эмиттep-кoллekтop

Глубокое насыщение исключается. Припая цепь которого включена в цепь

помощи второго трансформатора 19 внагрузки последовательно с обмоткой

схеме устройства обеспечивается про-обратной связи второго трансформатора,

порционально-токовое управление сило-резистор запирания, -включенный между

вым транзистором 4. Пропорционально- 45базой и эмиттером силового транзистоковое управление осуществляется стора, управляющий транзистор, эмиттер

точностью до тока холостого тока, ко-которого соединен с общей шиной, колторый при перемагничивании второголектор - с началом обмотки управления

трансформатора 19 увеличивает илипервого трансформатора, обмотка сме уменьшает ток базы, влиянием этого которого соединена концом с наэффекта на практике, как правило мож-чалом обмотки смещения второго трансно пренебречь. Выключение силовой це форматора, источник тока ,

, пи коммутатора осуществляется подачейдва коммутирующих диода и управляющую

на управляющую шину 3 отрицательноговход ую шину, отл ичающийся

напряжения. Это обусловливает наличие тем, что, с целью увеличения КПД, в

на выходе 37 компаратора 33 отрица-него дополнительно введены источник

тельного напряжения независимо отуправляющего напряжения, компаратор,

знака его входного напряжения. Управ-стабилитрон, конденсатор и четыре реляющий транзистор 15 при этом закры-зистора, приче.м нниерсный вход компаратора через конденсатор соединен с эмиттером управлякщего транзистора, первым вьшодом источника управляющего напряжения, общей щиной и началом управляющей обмотки второго трансформа- тора, конец которой через последовательно соединенные первый и второй дополнительные резисторы подключен к общей шине и через третий дополнительный резистор к инверсному входу компаратора, прямой вход которого соединен с объединенными вьшодами первого и второго дополнительных резисторов, инверсный вход компаратора через последовательно соединенные четвертый дополнительный резистор и второй ком

Редактор А.Огар

Сост авитель Л.Багян Техред Л.Оли Ь1Ы1с

Заказ 2972/56 Тираж 901Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

55 40998.

мутирующий диод подключен к .управляющему входу компаратора, выход которого соединен с базой управляющего транзис- тора коллектор которого через последовательно соединенные первый коммутирующий диод и стабилитрон подключеа к второму вьшоду источника управляющего напр,язкения и концу обмотки управления первого трансформатора, начало обмотки смещения которого через источник тока смещения соединено с концом обмотки смещения второго, трансформатора, а начало базовой обмотки первого трансформатора соединено с началом базовой обмотки второго трансформатора.

Корректор А.Тяско

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в ключевых усилителях тока, например, для управления электродвигателями. Целью изобретения является повьппение КПД. Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены источник 24 управляющего напряжения, стабилитрон 27, конденсатор 28, резисторы 29-32, компаратор 33. Кроме того, устройство содержит силовые зажимы 1 и 2, входную управляющую шину 3, силовой транзистор 4, резистор 5, источник 6 с выво- -дами 7 и 8, управляющие диоды 9 и 10, трансформатор 11 с базовой обмоткой 12, управляющей обмоткой 14, базовый диод 13, управляющий транзистор 15, заземляющую шину 16, обмотки 17 и 18 смещения второго трансформатора 19, имеющего также управляющую обмотку 20, обмотку обратной связи 21 и базовую обмотку 22, базовьм диод 23, входные и выходные клеммы 34-37. Устройство обеспечивает экономичное токовое управление силовым транзистором без введения дополнительных элементов в силовую цепь переключателя, что позволяет повысить КЩ. 1 ил. (Л