Магнитно-транзисторный ключ Советский патент 1980 года по МПК H03K17/60 

(54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

.12

Изобретение относится к полупроводниковой импульсной технике и может быть использовано в устройствах преобразования и регулирования электрической энергии.

Известен ,магнитно-транзисто:рный ключ, содержащий два силовых транзистора и. трансформатор тока Р.

известное устройство отличается сложностью из-за множества соединенных параллельно силовых ключей и сложности многовходовой схемы их коммутации.

Известен магнитно-транзисторный ключ, выполненный в виде двух ячеек, каждая из которых содержит трансформатор тока с первичной обмоткой в цепи общей нагрузки и вторичной обмоткой положительной обратной связи, силовой Т1ранзистор, база которого через резистор соединена с шиной источника питания, и управляемый элемент задержки, включенный параллельно первому диоду и базо-эмиттерному переходу силового транизстора 2.

Однако это устройство отличается невысокой надежностью и большими потерями.

Целью изобретения является уменьшение шотерь и повышение надежности.

Для этого в магнитно-транзнсторный ключ, выполненный в виде двух ячеек, каждая из которых содержит трансформатор

тока с первичной о-бмоткой в цепи общей нагрузки и вторичной обмоткой положительной обратной связи, силовой транзистор, база которого через резистор соединена с шиной источника питания, и управляемый элемент запирания, включенный параллельно первому диоду и базо-эмиттерному переходу силового транзистора, дополнительно введены последовательная

10 j C-цепь и в .каждую ячейку диод и ц&пь из последовательно соединенных диодов, причем дополнительный диод одним выводом соединен согласно с амиттером силового транзистора, вторым выводом - с первым

15 выводом вторичной обмотки положительной обратной связи, у жоторой второй вывод соединен с базой силового транзистора, цепь из последовательно соединенных диодов первым выводом подключена к

20 первому выводу вторичной обмотки положительной обратной связи, вторым выводом - к базе силового транзистора другой .ячейки и шине источника питания, а последовательная C-iЦeпь подключена между

25 базой одного из силовых транзисторов и объединенными выводами первичных обмоток трансформаторов тока.

На чертеже представлена схема предло30 женного устройства.

Устройство содер.жит две оди-наковые ячейки J и 2, эмиттеры силовых транзисторов 3 к 4 которых соединены с отрицательной шиной питания 5. Коллекторы этих тра.нзисторов подключены к общей нагру.;ке &Через лервичные обмотки 7 н 8 траасфОрматоров 9 и W. Вторичные обмотки // и 12 этих трансформаторов через диоды 13 к 14 подключены параллельно базо-эмитгерным переходам силовых транзисторов 3 и 4. Базо-эмиттерпые переходы дополнительно шунтированы диодами 15, 16 и y;iравлягмыми элементами запираниь 17 ,. 18. Входы этих цепей подключены -х ши;;.; входного сигнала 19. Выводы шторичды:: обмоток /:/ и 12, соединенные с базами снловых транзисторов, подключены к положительной шине питания 20, к которой также подключена -нагрузка 6, через резисторы 21 и 22. Вторые выводы вторичных обмоток :/:/ л 12 подключены к Положительной шине литания 20 через диодные цел 23 и 24. общей точкой обм-оток 7, 8 и нагрузки 6 и базой силового тра.нзистор;. 4 включена последовательная / С-цепь, образованная резистором 25 и .конденсатором 26.

Принцип действия устройства со-стоит з следующем. При поступлении сигнала управления на управляемые устройства заиирания токи отпирающего смещения, протекающие по резисторам 21 и 22, подаются во входные цени силовых транзисторов 3 и 4, При этом транзистор 3 начинает лавинообразно отпираться за счет положительной обратной связи, осуществляемой трансформатором 9 тока. При отпирании транзистора 3 потенциал общей точки обмоток 7 ,и S и нагрузки 6 уменьшается. При этом потенциал обкладки кондеисатора 26, соединенной с базой силового транзистора 4 на некоторое время становится отрицательным, что приводит к задержке включения транзистора 4, по сравнению с вйслючением транзистора 3, на в-ремя, определяемое постоянной времени С-цепи и соотношением сонротивлений |резисторов 22 и 25.

В нервый момент времени шосле отпирания базовый ток транзистора 3 равен его коллекторному току, поделенному на коэффициент трансформации между обмотками // и 7, а затем уменьшается ло мере роста магнитного потока в сердечнике трансформатора 9. Через некоторое время, определяемое, цепью задержки, отпирается силосой трапзистор 4, и ток нагрззки теперь распределяется между двумя транзисторами. Поскольку отпирание транзистора 4 произошла позже, у него отношение базового тока к коллекторному будет выше, чем у транзистора 3. В момент насыщения сердечника трансформатора 9 базовый ток транзистора 3 быстрее спадает до нуля, транзистор выходит из режима насыщения и запирается. .При этом магнитный поток в трансформаторе 10 еще йе успел дойти до величины,

достаточной для насыщения, и транзистор

4 остается в состоянии насыщения. Весь

ток нагрузки протекает по его,,дол текторной цепи. Вслед за запиранием;;,.тралз;;Истора 3 начинается вывод энергий из ;.трансформатора 9 в источн«.к.-цитания .:;через

диодную цепь 23 и шунтиругойщй .:Э;- ./5.

После вывода энергии из традсформатора 9 транзистор 3 снова включается, но теперь ситуация складывается обратная - Е1ключенне транзистора 3 оказалось зад,ержанным ПО отношению к отпиранию транзистора 4. Поэтому рост магнитного .потока

в сердечнике трансформатора 10 вызьшает вскоре после отпирания транзистО ра 3 процесс запирания транзистора 4 и т. .д. В результате описанного процесса в схеме автоматически устанавливается режим, при котором 3 течение :большей части времен}; силовые транзисторы открыты одновремекно, что снижает .потери в них, а во время заитертого состояния одного транзистора второй остается открытым. Новое отпирание выключившегося транзистора обесиечивается за счет постоянно ярисутствующего .отпирающего то.ка смещения в его базовой цепи. Начальная задержка отпирания одного из транзисторов устанавливает

описанный 1выше режим без введения каких-либо специальных цепей (типа распределителей, коммутаторов, логических цепей и т. д.). Присутствие / С-цепи в устройстве никак не сказывается на состоянии схемы

при протекании тока иагрузки, так как Потенциал общей точки обмоток 7, 8 к нагрузки 6 не изменяется во время открытого состояния силовых Ключей, оставаясь близким к нулю.

Возможен вариант схемы, показанный штрихом, при кото.ром второй вывод диодной цепи 23 соединен не с положительной шиной нитания, а с базой силового транзистора 4, а второй вывод диодной -цепи

24 - с базой силового транзистора 3. Тогда при выводе энергии из насытившегося трансформатора 9 через дио.дную цепь 23 будет задаваться ток в базу транзистору 4, обеспечивая его надежное отрытое .состояние, а при выводе энергии из насытившегося трансформатора 10 через диодиутЬцепь 24 будет задаваться отпирающий ток п базу транзистору 3.(

Для сокращения времени вывода энергии диодная цепь .в каждой ячейке Может содержать несколько последовательно включенных диодов или последовательнс: включенные диод и стабилитрон.

Принцип действия устройст1ва не изменится, если вторичную обмотку положительной обратной связи трансформатйра тока каждой ячейки вьшолнить двухсекционной. Таким образом, лредложен-йое устройство проще, а следовательно и надежнее прототипа, т. к. не содержит слож5:ного коммутатора, логических цепей и устройств их Питания, содержащихся )В устройстве-протогипе, а также обладает по сравнению с прототипом меньш-ими потерями IB силовых транзисторах, т. к. большую часть времени действия сигнала управления ток нагрузки протекает одновременно по обоим силовым транзисторам, т. е. средний ток, протекающий через каждый тран, зистор, уменьшен.

Формула изобретения

Магнитно-транзисторный ключ, выполненный в виде двух ячеек, .каждая из которых содержит трансформатор тока с первичлой обмоткой в цепи общей нагрузки и вторичной обмоткой положительной обратной связи, силовой транзистор, база которого через резистор соединена .с шиной источника питания, и управляемый элемент занирания, включенный нараллельно первому диоду и базо-эмиттерному переходу силового транзистора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь и по-вышения надежности, дополнительно введены последовательная / С-цепь и в кажб

дую Ячейку диод и цепь из последовательно соединенных диодов, причем дополнительный диод одним выходом соединеН согласно с эмиттером силового транзистора, вто-рым выводом - с первым выводом вторичной обмотки положительной обратной связи, у которой второй вывод соединен с базой -силового транзистора, цепь из Последовательно .соединенных диодов первым выводом подключена к первому выводу вто.ричной обмотки положительной обратной связи, вторым выводом - к базе силового транзистора другой ячейки и шине источника питания, а последовательная / С-цепь

подключена между базой одного из силовых транзисторов и объединенными выводами первичных обмоток трансформаторов тока.

Источники информации, принятые ©о внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 538011, кл. Н 03 К 17/00, 1971. 2. Книга ; Устройства вторичных источников питания РЭА, МДНТП, 1976, с. 142, рис. 2 (прототип).

21

Л

И I //

D

21

25 26

Ю

I Ai

L-LJ

J5 А13

JК

/4