Магнитно-транзисторный ключ Советский патент 1981 года по МПК H03K17/60 

(54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

Устройство содержит шину 1 отрицательного питания, шину 2,, объединяюшую базы силовых транзисторов, шину 3, объединяюшую выходы ячеек, шину 4 положительного питания, нагрузку 5, силовые транзисторы 6 и 7 первой и последней ячеек, коммутируюшие диоды 8 и 9 первой и последней ячеек, первичные обмотки 10 и 11 трансформаторов первой и последней ячеек, первый ключ 12 с вентильной проводимостью, первые вторичные обмотки 13 и 14 трансформаторов пер- . вой и последней ячеек, шунтируюший транзистор 15, резистор 16, инвертор 17, резисторы 18 и 19, второй ключ 20 с вентильной проводимостью, вторые вторичные обмотки трансформаторов 21 и 22 первой и последней ячеек, резистор 23, входной инвертор 24 -и резистор 25.

Ключевое устройство образовано несколькими ячейками, из которых показаны первая и последняя. Выходная цепь ключевого устройства заключена между общей шиной 1 и шиной 3. В указанных ячейках эмиттеры силовых транзисторов 6 и 7 непосредственно соединены с шиной 1, базы непосредственно соединены с шиной 2, а коллекторы через первичные обмотки 10 и 11 трансформаторов соединены с шиной 3, и через коммутирующие диоды 8 и 9 с шиной 4. Первые вторичные обмотки 13 и 14 трансформаторов соединены последовательно друг с другом и с первым ключом 12, выполненным в виде последовательно соединенных диода и выходной цепи транзистора. Эта последовательная цепь подключена одним выводом к шине 2, объединяющей базы силовых транзисторов 6 и 7, а вторым выводом к шине 1. Вторые вторичные обмотки 21 и 22 соединены последовательно друг с другом и со вторым ключом 20 с вентильной проводимостью, также выполненным в виде последовательно соединенных диода и выходной цепи транзистора. Один вывод этой последовательной цепи подключен .к тине 2, а другой вы-вод к тине 1.

Кроме того шина 2, объединяюшая базы силовых транзисторов, соединена с шиной 1 через выходную цепь шунтирующего транзистора 15. Необходимые коммутации в схеме осуществляются при помощи инверторов 24 и 17 и токоограничивающих резисторов 16, 18, 19, 23 и 25.

При поступлении сигнала положительной полярности, на базу инвертора 24, последний отпирается, переводя второй ключ 20, шyнtиpyющий транзистор 15 и инвертор 17, в запертое состояние. При этом ток через токоограничивающий резистор 18 поступает в базу транзистора первого ключа с вентильной проводимостью и переводит его в открытое состояние. Кроме того, этот ток поступает по шине 2 в базы силовых транзисторов

6 и 7 и за счет положительной обратной связи, осушествляемой первыми вторичными обмотками 13 и 14 трансформаторов, силовые транзисторы 6 и 7 лавинообразно переводятся в режим насыщения.

В режиме насыщения между общим током обмоток 13 и 14, поступающим в базы транзисторов, и коллекторным током каждого силового транзистора, являющимся также током первичных обмоток 10 и И, существует пропорциональная связь, а коэффициентом пропорциональности служит отношение числа витков обмоток 10 и 13, 11 и 14. При идентичности трансформаторов

0 ячеек колле,ктОрные токи силовых транзисторов принудительно устанавливаются одинаковыми.

При исчезновении сигнала положительной полярности на входе ключевого устройства инвертор 24 запирается. Это приводит

5 к тому, что запирается первый ключ и отпирается шунтирующий транзистор и второй ключ. При этом ток, протекающий по последовательной цепи, состоящей из обмоток 13 и 14 и первого ключа, прекращается,

0 и начинает протекать ток по последовательной цепи, включающей обмотки 21 и 22 и второй ключ. Этот ток является запирающим для силовых транзисторов 6 и 7, поэтому после рассасывания избыточных зарядов, силовые транзисторы запираются. На этапе

5 рассасывания коллекторные токи силовых транзисторов остаются пропорциональными общему току обмоток 21 и 22, а коэффициентом пропорциональности служит отношение числа витков обмоток 10 и 21, 11 и 22.

0 При идентичности трансформаторов ячеек коллекторные токи транзисторов принудительно выравниваются.

Из-за технологического разброса параметров длительность этапа рассасывания для силовых транзисторов различных ячеек

5 неодинакова. Поэтому какие-то из силовых транзисторов выключаются раньше, а какието позже. Предположим, что первым запирается транзистор 7 последней ячейки, однако из-за того, что ток по вторичной обмотке 22 продолжает протекать, ток через обмотку

0 11 также не может прекратиться. Поэтому возникаюшая на обмотке 11 ЭДС отпирает коммутирующий диод 9, и ток замыкается через диод 9 и нагрузку 5. При этом общий ток нагрузки несколько уменьшается. Проис5ходит это по следующим причинам. Как уже отмечалось, на обмотке 11 появляется ЭДС, противоположная по знаку напряжению, существовавшему на этой обмотке до запирания транзистора 7, а по величине равная примерно напряжению питания Е,. Это нап0ряжение трансформируется в обмотку 22. Однако общее падение напряжения на последовательно соединенных обмотках 21- и 22 остается неизменным. Поэтому возрастает напряжение на обмотках 21 и аналогич5ных обмотках других ячеек, а это возросшее напряжение, в свою очередь, трансформируется в обмотки 10 с той же полярностью, которая существовала на этих обмотках до

выключения транзистора 7, при этом потенциал шины 3 возрастает, т.е. уменьшается ток нагрузки.

Таким же образом устройство функционирует и при выключении остальных силовых транзисторов. При выключении отдельных транзисторов отсутствуют перегрузки по току транзисторов остающихся включенными так как, во-первых, ток выключившегося транзистора берет на себя коммутирующий диод, и, во-вторых, общий ток нагрузки уменьшается.

После выключения всех силовых транзисторов энергия, накопленная в трансформаторах ячеек, выводится через коммутирующие диоды и нагрузку 5.

Шунтирующий транзистор 15 предназначен для создания пути тепловому току транзисторов во время их запертого состояния.

Принцип действия устройства не изменяется, если второй вывод последовательной цепи, состоягЦей из первых вторичных обмоток 13 и 14 и первогр ключа с вентильной проводимостью подключить к шине 3. При этом второй ключ с вентильной проводимостью может быть выполнен в виде цепочки последовательно включенных диодов, второй вывод которой может быть соединен как с шиной 1, так и с шиной 3. Такие варианты схемы позволяют поддерживать силовые транзисторы в режиме насыщения током, являющимся частью тока нагрузки, и поэтому являются наиболее выгодт ными энергетически.

Первый ключ с вентильной проводимостью может быть также выполнен в виде цепочки последовательно включенных диодов, при этом принцип действия устройства не изменяется.

Таким образом, в сравнении с известным предложенное устройство проще, так как в каждой ячейке содержит только один транзистор - силовой и является более надежным, так как при одновременной рабо.те ячеек обеспечивается принудительное выравнивание токов силовых транзисторов, а при выключении исключаются токовые пере, грузки отдельных силовых транзисторов.

Формула изобретения

Магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовые транзисторы, диоды, трансформаторы с вторичными обмотками положительной и отрицательной обратной связи и два ключа с вентильной проводимостью, эмиттеры силовых транзисторов подключены к первой щине питания, коллекторы через

первичные обмотки трансформаторов Подключены к общей нагрузке, вторичные обмотки положительной обратной связи трансформаторов соединены согласно-последовательно с первым ключом с вентильной проводимостью и образуют первую цепь, отличающийс-я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, базы силовых транзисторов объединены первая цепь включена последовательно с базо-эми гтерными переходами силовых транзисторов, вторичные обмотки отрицательной обратной связи и второй ключ с вентильной проводимостью соединены согласно-последовательно во вторую цепь и ее выводы подключены к базоэмиттерным переходам силовых транзисторов, а каждый диод включен встречно между коллектором силового транзистора и второй шиной питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 1. Устройства вторичных источников питания РЭА, МДНТП, 1976, с. 142, рис. 2.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2681135/18-21, кл. Н 03 К 17/60.