Коммутатор переменного напряжения Советский патент 1991 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания, например, для коммутации переменного напряжения на активно-индуктивной нагрузке.

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия.

На чертеже представлена принципи- альная электрическая схема предлагаемого коммутатора.

Коммутатор содержит четыре транзисторных ключа 1...4, четыре первых резистора 5...8, управляющий транс- форматор 9, обмотки 10 и 11 которого образуют парафазные шины, а обмотка 12 является входной, четыре пороговых элемента 13-16 и два трансформатора 17-1 и 17-2 тока с первичными и вто- ричными обмотками 18-1...18-4 и 19-1...19-4 соответственно.

Каждый транзисторный ключ содержит управляющий и силовой транзисторы 20 и 21, первый и второй диоды 22 и 23, второй резистор 24, первый вывод которого соединен с первым выводом соответственно обмотки 19-1...19-4, эмиттером транзистора 21, анодом диода 22 и подключен к первому выходу ключа, второй вывод резистора 24 соединен с анодом диода 23, базой транзистора 21 и эмиттером , транзистора 20, коллектор которого соединен с вторым выводом соответствующей обмотки 19-1...19-4.

К второму выходу ключа подключены катод диода 22 и второй вывод соот-ч ветствующей обмотки 18-1... 18-4, первый вывод которой соединен с коллек- тором транзистора 21.

База транзистора 20 соответствующего ключа 1...4 соединена через соответствующий резистор 5...8 с соответствующей парсфазной шиной и с пер- вым выводом соответствующего порого вого элемента 14, 13, 16 и 15, второй вывод которого соединён с коллектором транзистора 20 ключей 2, 1, 4 и 3, соответственно.

Первые выходы ключей 1 и 3 соединены с первыми выходами ключей 2 и 4 и с вторыми выходами обмоток 10 и 11 трансформатора 9 соответственно, обмотка 12 которого подключена к первой и второй шинам 25 и 26 источника уп-, равляющего напряжения. Вторые выходы ключей 1 и 4 подключены к шинам 27 и 28 источника переменного напряжения

5 0

Q

Q

5

соответственно, вторые выходы ключей 2 и 3 соединены между собой и подключены через шину 29 и нагрузку к общей шине. Последовательно включенные ключи 1-4 объединены в два ключа двух-- сторонней проводимости с пропорционально-токовым управлением, образуя стойку коммутатора переменного входного напряжения. Трансформаторы 17-1, 17-2 выполнены общими для ключей 1, 4 и 2, 3 соответственно, и представляют собой два четырехобмоточных трансформатора, работающих в двухтактном (симметричном) режиме на частоте входного источника.

Пороговые элементы 13-16 могут состоять из двух последовательно соединенных диодов.

Коммутатор работает следующим образом.

На шины 27 и 28 поступает переменное напряжение произвольной формы от источника переменного напряжения. При отсутствии управляющего напряжения на шинах 25 и 26 транзисторы 20 и 21 всех ключей закрыты, напряжение на

шине 29 отсутствует, i

При подаче на щины 25 и 26 переменного напряжения формы меандр осуществляется управление ключами 1-4, причем при положительном напряжении между шинами 25 и 26 напряжение на обмотке 10(11) отпирающее (запирающее) для транзисторов 20 и 21 ключей 1 и 2 (3 и 4), при этом ключи 3 и 4 разомкнуты, а ключи 1 и 2 замкнуты. В зависимости от полярности напряжения между шинами 27 и 28 один из транзисторов 21 ключей 1 и 3 оказывается в прямом, а другой в инверсном включении. При положительном (отрицательном) входном напряжении шина 29 подключена к шине 27 через транзистор 21 ключа 1 (2), соответствующую обмотку 18-1...18-4 ключа 1 (2), диод 22 ключа 2 (1). Направление тока к шине (от шины) 29 принято положительным (отрицательным). Благодаря магнитной связи обмоток трансформаторов 17-1 и 17-2 при протекании через соответствующую обмотку 18-1...18-4 положительного (отрицательного) тока к коллектору транзистора 20 ключа 1 (2) прикладывается положительное напряжение от соответствующей обмотки 19-1...19-4, поддерживающее ток базы транзистора 21 пропорциональным току нагрузки, к коллектору транзистора 20

516

ключа 4 (3) - отрицательное напряжение соответствующей обмотки 19-1... 19-4, но пороговый элемент 16 (15) закрыт, так как напряжение на обмотке 11 также отрицательное. После смены полярности напряжения между шинами 25 и 26 транзистор 21 ключа 1 (2) начнет рассасываться, его базовый ток протекает по цепи: база транзистора 21, диоц 23, резистор 5 (6), обмотка 10, эмиттер транзистора 21. Полярность напряжений на обмотках трансформаторов остается прежней. Пороговый элемент 16 (15) открывается и отрицательное напряжение соответствующей обмотки 19-1... 19-4 поступает на базу транзистора 20 ключа 3 (4), запрещая его включение. Так осуществляется защита от сквозных токов.

После рассасывания транзистора 21 ключа 1 (2) он закрывается, напряжение на соответствующей обмотке 19-1...19-4 меняет полярность, пороговый элемент 16 (15) закрывается и напряжение обмотки 11 открывает ключ 4 (3). При положительном (отрицательном) входном напряжении шина 29 подключается к шине 28 через транзистор 21 ключа 3 (4), соответствующую об- т мотку 18-1,.. 18-4, диод 22 ключа 4 (3), при этом протекает отрицательный (положительный) ток нагрузки, к коллектору транзистора 20 ключа 3 (4) прикладывается положительное напряжение соответствующей обмотки 19-1... 19-4, поддерживающее положительную токовую связь, к коллектору транзистора 20 ключа 2 (1) - отрицательное напряжение соответствующей обмотки 19-1...19-4, пороговый элемент 14 (13) закрыт. Когда напряжение между шинами 25 и 26 вновь станет положительным, на время рассасывания транзистора 21 ключа 3 (4) открывается пороговый элемент 14 (13) и удерживает ключ 1 (2) в разомкнутом состоянии. После размыкания ключа 3 (4) устройство возвращается в первоначальное состояние, да лее процессы повторяются .

Формула изобретения

Коммутатор переменного напряжения, содержащий четыре транзисторных ключа, последовательно соединенные между шинами источника переменного напряжения, общая шина которого через на13656

грузку соединена с объединенными выводами второго и третьего транзисторных ключей, управляющие входы перво- , го, второго и третьего, четвертого транзисторных ключей соединены соответственно с двумя парами управляющих парафазных шин, вторая и четвертая управляющие парафазные шины подключеЮ ны к первым выходам первого, второго и третьего, четвертого транзисторньтх ключей соответственно, каждый тран- зисторын ключ содержит управляющий и силовой транзисторы, база первого из

15 которых подключена через первый резистор к первому управляющему входу транзисторного ключа, база силового транзистора соединена с первым выводом второго резистора, эмиттер - с

20 первым выходом транзисторного ключа, который через обратно включенный первый диод соединен с вторым выходом транзисторного ключа, и второй диод, отличающийся тем, что, с

25 целью повышения надежности и быстродействия, введены два четырехобмоточных трансформатора тока и четыре пороговых элемента, причем первая и вторая первичные обмотки первого тран30 сформатора тока включены между коллекторами силовых транзисторов и вторыми выходами первого и четвертого транзисторных ключей, первая и вторая вторичные обмотки подключены между вторыми выводами вторых резисторов, эмиттерами силовых транзисторов и коллекторами управляющих транзисторов первого и четвертого транзисторных ключей соответственно, первая и втоАП рая первичные обмотки второго транс- Лорматора тока включены между коллекторами силовых транзисторов и вторыми выходами второго и третьего транзисторных ключей, вторичные обмотки

дс подключены между вторыми выводами

вторых резисторов, эмиттерами силовых транзисторов и коллекторами управляющих транзисторов, второго и третьего транзисторных ключей соответственно,

CQ базы силовых транзисторов всех транзисторных ключей соединены с эмиттерами управляющих транзисторой и через обратно включенные вторые диоды с базами управляющих транзисторов, коллекторы управляющих транзисторов

35

55

первого и четвертого транзисторных ключей соединены через соответствующие пороговые элементы с базами управляющих транзисторов второго и тре

I

тьего транзисторных ключей, а коллек-вые элементы с базами управляющих

торы управляющих транзисторов второготранзисторов первого и четвертого

и третьего транзисторных ключей сое-транзисторных ключей соответственно,

динены через соответствующие пороге- ,

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах коммутации переменного напряжения на активно-индуктивной нагрузке. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия. Коммутатор переменного напряжения содержит транзисторные ключи 1-4, тран- ссЬорматоры 17-1, 17-2 тока, каждый из которых содержит по две первичные и две вторичные обмотки,пороговые элементы 13-16 и шины 27, 28 источника переменного напряжения; Каждый транзисторный ключ 1-4 содержит управляющий и силовой транзисторы 20, 21 соответственно. Введение трансформаторов тока 17-1, 17-2, пороговых элементов 13-16 и соответствующее их включение позволяет исключить появление сквозных токов, 1 ил,