Ключ постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к переключателям электрической энергии в цепях постоянного тока, и. может быть использовано для ко.Фгутации активных, активно-индуктивных и емкостных нагрузок в устройствах автоматики и вычислительной техники. Известен ключ постоянного тока, содерх ащий силовой и управляющий транзистор и трансформатор тока, при чем силовая обмотка последнего последовательно с коллектор-эмиттерным переходом силового транзистора подключена к выходным клеммам, базовая обмотка через резистор подсоединена к управляющеглу переходу сило вого транзистора, а обмотка управле ния последовательно с коллектор-эмИ терным переходом управляющего транз тора и параллельно включенными рези тором и конденсатором подключена к кле№лам источника вспомогательного напряжения, управляющий переход тра зистора управления подключен к вход ным клем14ам управления 11. Недостатком известного устройств является-его сложность, обусловленчая работой токового трансформатора 1 однотактном режиме. Наиболее близким к предлагаемому является ключ постоянного тока, содержащий силовой и два управляющих транзистора, трансформатор тока, четыре диода, токоограничивгиощий двухполюсник и конденсатор, причем коллекторэмиттерный переход силового транзистора последовательно с первой обмоткой токового трансформатора подключен к выходным клеммам, последовательно включенные вторая обмотка токового трансформатора и параллельно соединенные первый диод и конденсатор подсоединены к управляющему переходу силового транзистора, эмиттеры управляющих транзисторов соединены, между собой и подключены к первой клемме источника управления, средней клемме источника вспомогательного биполярного напряжения и первому выводу второго диода, базы управляющих транзисторов соединены со второй клемглой источника управления, коллектор первого управляющего транзистора через третий диод и третью .обмотку токового трансформатора подсоединен к первой клемме для подключения вспомогательного биполярного напряжения, коллектор второго управляняцего транзистора через последовательно включённые четвертую обмотку токового трансформатора, четвертый диод и токоограничительный двухполюсник подключены ко второй клемме источника вспомогательного биполярного напряжения f2 . Недостатком такого устройства является ограниченный диапазон изменения относительной длительности еговыходных импульсов. Ограничения на изменение относительной длительности выходных импульсов, с одной стороны, накладываются конечным вре менем рассасывания носителей силово го транзистора (и для уменьшения по следнего необходимо увеличивать чис ло витков четвертой обмотки токового трансформатора), а с другой стороны - временем обратного перемагничивания сердечника токового трансформатора, для уменьшения которого количество витков четвертой обмотки ток вого трансформатора необходимо уменьшить. Противоречивость этих требований и приводит к ограничению диапазона изменения относительной длительности выходных импульсов ключа, что сужает его функциональные возможности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем увеличения диапазона изменения отно сительной длительности выходных импульсов ключа постоянного тока. Поставленная цель достигается тем что в ключе.постоянного тока, содержащем силовой и два управляющих транзистора, трансформатор тока, четыре диода, токоограничивающий двухполюсник и конденсатор, причем коллектор-эмиттерный переход силового транзистора последоватб льно с первой обмоткой токового трансформатора Подключен к выходным клеммам последовательно включенные; вторая обмотка токового трансформатора и параллельно соединенные первый диод и конденсатор подсоединены к управляющему переходу силового транзистора, эмиттеры управляющих транзисторов связаны между собой и подключены к первой клемме источника управления средней клемме источника вспомогател ного биполярного напряжения и первому выводу второго диода, базы управляющих транзисторов соединены со вто рой клеммой источника управления, коллектор первого управляющего транзистора через третий диод и третью обмотку токового трансформатора подсоединен к первой клемме источника вспомогательного биполярного напряжения, коллектор второго управляющего транзистора через последовательно включенные четвертую обмотку токового трансформатора, четвертый диод и токоограничивающий двухполюсник подключен ко второй клемме источника вспомогательного биполярного напря)хения, токовый трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, первый вывод которой подключен к точке соединения четвертой обмотки токового трансформатора с последовательно включенными четвертым диодом и токоограничительным двухполюсником, а второй вывод подсоединен к второму выводу второго диода. На чертеже показана принципиальная электрическая схема предлагаемого ключа постоянного тока. Устройство содержит силовой 1 и два управляющих 2 и 3 транзистора, трансформатор 4 тока, диоды 5-8, конденсатор 9 и токоограничивающий двухполюсник 10.Коллектор-эмиттерный переход силового транзистора 1 последовательно с обмоткой 11 токового трансформатора 4 подключен к выходным клеммам. Последовательно включенные обмотка 12 токового трансформатора 4 и параллельно соединенные диод 5 и конденсатор 9 подсоединены к управляющему переходу силового транзистора 1. Эмиттеры управляющих транзисторов 2 и 3 соединены между собой и подключены к первой клемме 13 входа управления, средней клемме 14 для подключения вспомога- тельного биполярного напряжения и первому выводу диода б. Базы управляющих транзисторов 2 и 3 связаны со второй клеммой 15 входа управления. Коллектор управляющего транзистора 2 через диод 7 и обмотку 16 токового трансформатора 4 подсоединен к первой клемме 17 для подключения вспомогательного биполярного напряжения. Коллектор управляющего транзистора 3 через последовательно включенные обмотку 18 токового трансформатора 4,диод в и токоограничива ющий двухполюсник 10 подсоединены ко второй клемме 19 для подключения вспомогательного биполярного напряжения. Один вывод обмотки 20 токового трансформатора 4 подключен к точке соединения обмотки 18 этого же трансформатора с последовательно включенными диодом 8 и токоограничивающим двухполюсником 10, а другой - к второму выводу диода 6. Кпюч постоянного напряжения работает следующим образом. В некоторый момент времени на управляющий вход ключа подан сигнал, насыщающий управляющий транзистор 2. При этом к обмотке 16 токового трансформатора 4 будет приложено напряжение, которое приоткрывает силовой транзистор 1. В коллекторной цепи последнего начинает протекать ток, что из-за наличия цепи положительной обратной связи через обмотки 11

и 12 токового трансформатора 4 вызывает его лавинообразное насыщение. Далее силовой транзистор 1 будет насыщен вне зависимости от присутствия насыщающего управляющий транзистор 2 входного сигнала. При этом обмотка 16 токового трансформатора 4 может быть рассчитана таким образом, что ее напряжение будет больше напряжения, приложенного к клемме 17, и диод 16 будет заперт, что позволяет уменьошть мощность управления ключом.

После смены полярности входного сигнала на клемг-iax 13 и 15 управляющий транзистор 3 насыщается, а транзистор 2 запирается. Это приводит к тому, что последовательно включенные обмотки 18 и 20 токового трансформатора 4 оказываются закороченными через его коллектор-эмиттерный переход и диод 6. Напряжение на обмотке 12 при этом скачкообразно уменьшается, и под действием разности напряжения конденсатора 9 и остаточного напрях(ения обмотки 12 начинается процесс форсированного рассасывания силового транзистора 1. При этом, чем больше суммарное количество витков обмоток 18 и 20 токового трансформатора 4, тем меньше времени рассасывания силового транзистора 1.

После выключения силового тран зистора 1 к обмотке 18 через диод 8 и токоограничивающий двухполюсник 10 прикладывается напрях ение клеммы 19. Величина этого напряжения- и число витков обмотки 18 выбираются из условия обеспечения требуемого минимал ного времени обратного перемагничивания сердечника токового трансформатора 4. Токоограничивающий двухполюсник 10 обеспечивает минимизацию потерь на управление в схеме ключа после окончания обратного перемагничивания сердечника токового трансформатора 4.

После смены полярности входного сигнала на клеммах 13 и 15 процессы в ключе постоянного тока повторяются

Использование предлагаемого ключа постоянного тока позволяет расширить диапазон изменения относительной длительности его выходных и myльcoв при сохранении высокой энергетической эффективности и нгщежности работы, что расширяет возможности его п1 актическЬго применения в различных устройствах автоматики и вычислительной техники.

Формула изобретения

1Слюч постоянного тока, содержащий силовой и два управляющих транзистора, трансформатор тока, четыре диода, токоограничивающий двухполюсник и конденсатор, причем коллекторэмиттерный переход силового транзис-тора последовательно,с первой обмоткой токового трансформатора подключен к выходным клеммам, последовательно включенные вторая обмотка токового трансформатора и параллельно

соединенные первый диод и конденсатор подсоединены к управляющему переходу силового транзистора, эмиттеры управляющих транзисторов .связаны между собой и подключены

к первой клемме источника управления, средней клемме источника вспомогательного биполярного напряжения и первому выводу второго диода, базы управляющих транзисторов

соединены с второй клеммой источника управления, коллектор первого управляющего транзистора через третий диод и третью обмотку токового трансФорматора подсоединен к первой

клемме источника вспомогательного биполярного напряжения, коллектор второго управляющего транзистора через последовательно включенные четвертую обмйтку токового трансформатора, четвертый диод и токоограничивающий двухполюсник подключен к второй клемме источника вспомогательного биполярного напряжения, отличающийся тем, что, с целью

расширения функциональных возможностей путем увеличения диапазона изменения относительной длительности выходных импульсов, токовый трансформатор снабжен дополнительной обмотКОЙ, первый вывод которой подключен к точке соединения четвертой обмотки токового трансформатора с последовательно включенными четвертым диодом и токоограничивающим двухполюсником, а вторюй вывод подсоединен к второму выводу второго диода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ № 2014217, кл. Н 03 К 17/60, опублик. 1976.

2. Электронная техника в автоматике, вып. 11. М., Советское радио , 1980, с. 36 (прототип). тт- ul J 19 UdOffO f/ 17 о Jb7