Магнитно-транзисторный ключ Советский патент 1991 года по МПК H03K17/60 

1

{21) 4418968/21 (22) 03.05.88 (46) 30.05,910 Бюл„ V 20

(71)Московский энергетический -институт

(72)А.П.Валковой, С„1 Бузыкин, А.П.Габов, Б.А.Глебов, В.Ю.Голиков и Н.Б.Рожнин

(53) 621.382 (088.8)

(56) Klaus Rischmuller. Darlington - Kadule mit designer Shaltverlusten. - Electronic, 1983, № 18, s.108-112. Завьялов M.1I, Оптимизация параметров токовых трансформаторов в цепях управления транзисторных усили- .телей мощности. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции: Проблемы преобразовательной техники. Киев; ч.З, 1979, с. 163, рис.2.

(54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к импуль- сной технике и может быть использовав но в системах регулирования и управления. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия. Кагнит- но-транзисторный ключ содержит силовые транзисторы 1-4, подключенные к шинам 5, 6 источника постоянного напряжения по схеме моста, в диагонали которого нагрузка 7, управляющие трансформаторы 8-11 тока с первичными обмотками 12 - 15 и вторичными обмотками 16 - 19, дополнительный трансформатор 20 тока с секциями 21, 22 первичной обмотки, вторичной обмоткой 23 и цепью 24 вывода энергии, токоизмерительный резистор 25, диод 26, конденсатор 27, источник 28 тока смещения, вспомогательные ключи 29,

(Л

Т5|Г т (Til

,0 .) аЪо Ш

±77 У Ц

05

ел

со

ют

ел

30, управляющие входы которых подклю- |чены к выходам 32, 33 устройства 31 управления, имеющего измерительную входную цепь 34, пороговый элемент 35, триггер 36, логические элементы ИЛИ 37, И 38, 39 и два управляющих

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах регулирования и управления, в электроприводе, в устройствах автоматики 0

Цель изобретете - повышение надежности и быстродействия.

На фиг.1 приведен вариант реализации устройства; на фиг.2 - вариант выполнения управляющих трансформаторов тока в виде единого магнитного

узла.

Магнитно-транзисторный ключ содержит силовые транзисторы 1-4, подключенные к шинам 5, 6 источника постоянно о напряжения по схеме моста, в диагонали которого включена нагрузка 7, управляющие трансформаторы 8-11 тока с первичными обмотками 12 - 15 и вторичными обмотками 16 - 19, дополнительный трансформатор 20 тока с секциями 21, 22 первичной обмотки, вторичной обмоткой 23 и цепью 24 вывода энергии, токоизмеритель- ныи резистор 25, диод 26, конденсатор 27, источник 28 тока смещения,вспомогательные ключи 29, 30, устройство 31 управления с выходами 32, 33 и с измерительной входной цепью 34.

Устройство управления содержит пороговый элемент 35, триггер 36, логический элемент ИЛИ 37, два логических элемента И 38, 39 и два управляющих входа 40, 41.

Выводы нагрузки 7 через переходы коллектор - база силовых транзисторов 1, 2 соединены с шиной 5 и соединены с другой шиной 6 через соединительные последовательно секцию 21 дополнительного трансформатора 20 тока н переход коллектор - база .силового транзистора 3 и через включенные последовательно секцию 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20 тока и переход коллектор - база силового транзистора 4. Вторичная

-

1653150л

входа 40, 41 о Введение дополнительного трансформатора 20 тока, резистора 25, диода 26, конденсатора 27 и источника 28 позволяют обеспечить комплексную защиту устройства и повысить его надежность. 2 ил.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

обмотка 23 дополнительного трансформатора 20 тока, токоизмерительный резистор 25 и диод 26 образуют последовательную цепь, к выводам которой

подключены: источник 28 тока смешения, конденсатор 27; цепь из включенных последовательно и согласно первичных обмоток 12, 14 управляющих трансформаторов 8, 11 тока и вспомогательного ключа 29; цепь из включенных последовательно и согласно первичных обмоток 13, 15 управляющих трансформаторов 9, 10 тока и вспомогательного ключа 30. Вторичные обмотки 16 и 19 управляющих трансформаторов 8 и 11 тока включены каждая между базой и эмиттером силовых транзисторов соответственно 1 и 4. Вторичные обмотки 17, 18 управляющих трансформаторов тока 9, 10 включены каждая между базой и эмиттером силовых транзисторов 2 и 3 соответственно.

Сущность изобретения не изменится, если каждый из выводов нагрузки 7 соединить с шиной 6 через переход коллектор - база силового транзистора 3 и 4 соответственно а с шиной 5 - через цепь из соединенных последо- вательно секций 21, 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20 тока и переход коллектор - база силового транзистора 1 и 2 соответственно. Можно также в цепи соединенных последовательно секций первичной обмотки и перехода коллектор - база силового транзистора указанные элементы поменять местами. В последнем случае секции первичной обмотки могут быть включены параллельно или обмотка может содержать единственную секцию.

Входные цепи вспомогательных ключей 29, 30 подключены к выходам устройства 31 управления, имеющего два

5

управляющих входа 40, 41, а токоизме- рительный резистор 25 подключен к входной цепи порогового элемента 35, которая одновременно является измерительной цепью устройства 31 управле- ния. Выход порогового элемента 35 подключен к R-входу триггера 36, а S-вход этого триггера через элемент ИЛИ 37 соединен с первыми входами логических элементов: И 38 и 39, у которых вторые входы подключены к выходу триггера 36„ Первые входы логических элементов И 38 и 39 являются одновременно первым и вторым уп- равляющими входами 40 и 41 устройства 31 управления.

Принцип действия магнитно-транзисторного ключа состоит в следуюшем.

При поступлении отпирающего сиг- нала, например, на вход 40 триггер 36 устанавливается в состояние с высоким уровнем на выходе, а элемент И 38 пропускает отпирающий сигнал на управляющий вход вспомогательного ключа 29, что вь зывает переход его в состояние высокой проводимости. Ток источника 28 и ток разряда конденсатора 27, до этого заряженного источником 28 тока смещения, начинают протекать по первичным обмоткам 12, 14 и вспомогательному ключу 29 „ Трансформация тока первичных обмоток 12, 14 во вторичные обмотки 16, 19 вызывает отпирание (начальное) силовых транзисторов 1 и 40 При этом начинает протекать ток от шины 5 через цепь из соединенных последовательно перехода коллектор - эмиттер силового транзистора 1, обмотку 16, нагрузку 7, секцию 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20, переход коллектор - эмиттер силового транзистора 4 обмотку 19. Из секции 22 первичной обмотки дополнительного трансформатора 20-ток трансформируется во вторичную обмотку 23 этого трансформатора. Ток обмотки 23, пропоциональный току нагрузки, протекающему по секции 22, замыкается через диод 26, первичные обмотки 12, 14 управляющих трансформаторов 8 и 11, вспомогательный ключ 29 и токоизмери- тельный резистор 25. Этот ток, трансформируясь во вторичные обмотки 16 и 19, обеспечивает протекание по эмиттерным цепям силовых транзисторов тока, большего, чем ток нагрузки 7, протекающий по коллекторным цепям

6531

1Q j,

2025 зо 40

45

55

506

силовых транзисторов 1 и 4. Вследствие этого силовые транзисторы переходят в режим насыщения, причем между отпирающим эмиттерным током и током коллекторного перехода устанавливается пропорциональная связь, а коэффициент пропорциональности соответствующим выбором коэффициентов трансформации дополнительного и управляющих трансформаторов устанавливается большим единицы.

Снятие отпирающего сигнала с вхо- да 40 вызывает появление на выходе элемента 38 логического О, т.е. во входной цепи вспомогательного ключа 29 исчезает отпирающий сигнал, ключ переходит в состояние низкой проводимости, и цепь обмоток 12, 14 разрывается. При этом в цепи эмиттеров силовых транзистров 1 и 4 протекание отпирающего тока также прекращается, а вторичные обмотки 16 и 19 становятся значительными индуктивными сопротивлениями j Фактически происходит разрыв эмиттерных цепей силовых транзисторов 1 и 4, что обуславливает отсутствие вторичного пробоя при запирании указанных транзисторов, а также повышает быстродействие, поскольку режим их управления соответствует наиболее быстродействующей схеме управления с общей базой.

После размыкания вспомогательного ключа 29 ток через нагрузку 7 продолжает протекать в течение времени, необходимого для рассасывания зарядов в базах силовых транзисторов 1 и 4 и запирания их коллекторных переходов На этом этапе ток обмотки 23 замыкается через конденсатор 27, При последующем включении другого вспомогательного ключа 30 или того же самого накопленный в конденсаторе 27 заряд используется для форсирования процесса включения силовых транзисторов, принадлежащих противолежащим плечам моста.

После запирания силовых транзисторов энергия, накопленная в трансформаторах, рассеивается в цепях вывода энергии или возвращается в источник питания с помощью, например цепи 24

В варианте выполнения управляющих трансформаторов тока противолежащих плеч моста в виде единого магнитного узла общая первичная обмотка каждой пары управляющих трансформаторов тока магнитно связана с двумя сердечника-

ми, на которых расположены по одной вторичной обмотке, а поэтому токи этих обмоток пропорциональны току общей первичной обмотки, замыкающемуся через соответствующий вспомогательный ключ.

Если по какой-либо причине (перегрузка, к.з. в нагрузке, выход из

СТРОЯ ОДНОГО ИЗ СИЛОВЫХ ТраНЗИСТОрОВ)

произойдет возрастание тока в цепи обмотки 23 выше заранее заданного порогового уровня, на выходе порогового элемента 35 появится сигнал, которым триггер 36 перейдет в состоя- ше О, а через логические элементы И 38, 39 перестанет передаваться отпирающий сигнал на входы вспомогательных ключей 29, 30. Таким образом обеспечивается комплексная защита

всего устройства и повышается его функциональная надежность.

Формула изобретения

Q

0

5 Q

5

через цепь из соединенных последовательно секции первичной обмотки дополнительного трансформатора тока и коллекторно-базового перехода соответственно третьего и четвертого силовых транзисторов, вторичная обмотка дополнительного трансформатора тока, токоиэмерительный резистор и диод образуют последовательную цепь, к выводам которой подключены параллельно конденсатор, источник тока смещения, цепь из последовательно соединенных первого вспомогательного ключа и первичных обмоток первой пары управляющих трансформаторов тока, у которых вторичные обмотки включены между эмиттером и базой соответственно первого и четвертого силовых транзисторов, цепь из последовательно соединенных второго вспомогательного ключа и первичных обмоток второй пары управляющих трансформаторов тока, у которых вторичные обмотки включены между эмиттером и базой соответственно второго и третьего силовых транзисторов, управляющие входы вспомогательных ключей соединены с соответствующими выходами устройства управления, измерительная входная цепь которого подключена к токоизмерительному резистору.

д

i

16

и

Ј

Фиг. 2