Магнитно-транзисторный ключ Советский патент 1982 года по МПК H03K17/60 

( МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах регулирования и управления, в автоматике и электроприводе.

Известен магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, в цепи нагрузки которого включена первичная обмотка трансформатора, а вторичная - в базовой цепи р1.

Однако известному устройству свойственна низкая надежность.

Наиболее близким к изобретению является магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, в цепи нагрузки которого включена подвижная обмотка трансформатора, вторичные об мотки положительной и отрицательной обратных связей которого первыми выводами подключены к базе силового JQ транзистора и первой управляющей шине, а вторыми выводами - соответственно к второй и третьей управляющим шинам 2 .

Однако и это устройство не отличается высокими надежностью и КПД.

Цель изобретения - повьямение КПД и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, в цепи нагрузки которого включена первичная обмотка трансформатора, вторичные обмотки положительной и отрицательной, обратных связей которого первыми выводами подключены к базе силового транзистора и первой управляющей шине, а вторыми выводами - соответственно к второй и третьей управляющим шинам, введены конденсатор, диод, дополнительная обмотка и сердечник трансформатора, причем дополнительная обмотка и диод соединены в последовательную цепь, подключенную параллельно конденсатору, который через первичную обмотку трансформатора подключен к эмиттерно-коллекторной цепи силового транзистора, а дополнительныи сердечник магнитно связан с первичной и дополнительной обмотками трансформатора. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложен ного устройства. Коллектор силового транзистора t через первичную обмотку 2 трансформа тора, выполненного на первом сердечнике 3, обладающем линейной магнитной характеристикой, и втором сердеч нике 4, и нагрузку 5 связан с шиной 6 питания. Эмиттер силового транзистора 1 непосредственно соединен с за земленной шиной 7, а базд подключена к общей точке управляюц1их обмоток 8 и 9 трансформатора, выводы которых соединены с выходами цепи 10 управления. Обмотка 8 является обмот; кой положительной обратной связи ПОС) обмотка 9 отрицательной обратной связи (ООС). Обмотка 9 может быть многосекционной, и тогда выводы секций этой обмотки соединены с выходами цепи управления. Параллельно цепи из соединенных последовательно первичной обмотки 2 трансформатора и выходной цепи силового транзистора 1 включен конденсатор 11. Параллельно конденсатору И включена цепь из соединенных последо вательно дополнительной обмотки 12 трансформатора и диода ; Первичная обмотка 2 и допрлнитель ная обмотка 12 охватывают ofia сердеч ника..Управляющие обмотки 8 и 9 расположены на втором сердечнике Л. Принцип действия устройства состо ит в следующем-. Когда управляющий сигнал отсутствует на входе цепи Ю управления, последняя обеспечивает запертое срстояние силового транзистора 1, а цепь ООС замкнута. Поступление управляющего сигнала на вход цепи tO управления вызывает пйявление отпирающего тока смещения в базовой цепи силового транзистора 1, размыкание цепи ООС, обмотка 9 которой включена последовательно с входной цепью силового транзистора, и замыкание цепи ПОС, обмотка 8 которой также включена последовательно с входной цепью силового транзистора 1. Отпирание силового транзистора 1 вызывает понижение потенциала на его коллекторе, и к первичной обмотке 2 трансформатора прикладывается напряжение. На дополнительной обмотке 12 при этом также возникает напряжение, которое, складываясь с напряжением на общей точке обмоток 2 и 12, обеспечи ает 3ajiepToeсостояние диода 13В силу этого, пока на первичной обмотке трансформатора напряжение такой полярности, что положительным является начало обмотки, диод 13 заперт, и обмотка.12 блокирована и не участвует в процессах, происходящих в устройстве. Первичная обмотка 2 охватывает сердечник, на котором расположены управляющие обмотки 8 и 9, и сердечник 3 с линейной магнитной характеристикой. Появление напряжения на первичной обмотке 2 вызывает нарастание, магнитного потоку в линейном сердечнике, причем скорость роста этого потока ограничена величиной напряжения, возникающего на первичной обмотке. Если нагрузка 5 такова, что для нее характерен кратковременный режим короткого замыкания, напряжение, приложенное к первичной обмотке 2, не может превысить напряжение питания, т. е. ограничено. Следовательно, ограничена скорость роста магнитного потока в сердечнике 3, а в силу линейности магнитной характеристики этого сердечника оказывается ограниченной скорость роста НДС в этом сердеч - нике, создаваемой током пе эвичной обмотки 2. Таким образом, нарастание токав первичной обмотке 2 может происходить только с ограниченной скоростью, а это ведет к уменьшению коммутационных потерь при отпирании, к облегчению задачи защиты силового, ключа от перегрузки по току, так как при меньшей Скорости нарастания тока через транзистор к защите предъявляются меньшие требования по быстродействию, И| в частности к уменьшению вероятности вторичного пробоя транзистора, связанного с концентрацией тепловыделения в ограниченном объеме кристалла. Тем самым повышается надежность. Кроме того, при меньшей крутизне нарастания коммутируемого тока уменьшается уровень возникающих электромагнитных помех. Рост тока в первичной обмотке вызывает в силу магнитной -связи между первичнсм1 обмоткой 2 и обмоткой 8 цепи ПОС пропорциональный рост тока 59 этой цепи. В результате этого, транзистор 1 поддерживается в режиме насыщения практически с самого начала нарастания коллекторного тока и д тех пор, пока по обмоткам на первичной стороне протекает ток в направле нии от начала обмоток к концу, а на вторичной стороне под действием цепи управления замкнута цепь ПОС. Когда цепь управления переходит, в состояние, при котором размыкается цепь ПОС, и, наоборот, замыкается цепь ООС, возникает ток в обмотке 9, и этот ток в силу упомянутой магнитной связи между первичной и вторичной сторонами трансформатора пропорционален магнитодвижущей силе, созда ваемой токами обмоток 2 и 12, протет кающими в направлении от начала к концу этих обмоток. При появлении тока цепи ООС состо ние силового транзистора 1 вначале не изменяется: йн остается в состояНИИ насыщения, т. е. высокой проводимости. По выходе из режима насыщения транзистор переходит в активный режим, при котором его коллекторный ток начинает уменьшаться, причем уменьшение коллекторного тока происходит форсированно под действием тока цепи ООС..Однако ток цепи ООС практически не уменьшается во вре мя процесса запирания,. чтс р6усло8лено энергией магнитного поля, накоп ленной в сердечнике с линейной магнитной характеристикой. Уменьшение тока в обмотке 2 компенсируется возрастанием тока в обмотке 12,- т. е. . магнитодвижущая сила, обеспечиааощзя протекание тока обмотки ООС, сохр9няется, а уменьшение ее величины по меI ре вывода энергии из сердечника 3 за короткое время запирания силового транзистора незначительно. Из-за 1аличия конденсатора 11 напряжение на обмотке 12 не может возрастать скачком, а следовательно, не )может скачком возрастать напряжение на обмотке 2, магнитно связанной с обмоткой 12. Таким образом, при быст; ром вследствие формирования,спаде тока через силовой транзистор 1 напряжение на нем поднимается медленно, чем обусловливается уменьшение потерь энергии, повышение надежности за счет уменьшения вероятности вторичного пробоя транзистора, уменьшение .уровня коммутационных помех. 3 После запирания силового транзистора -накопленная в трансформаторе энергия возвращается в источник питания через цепь нагрузки. Возможна организация специальной) цепи вывода накопленной энергии с помсхцью дополнительных рекуперационных обмотки и диода (не показаны). В сравнении с прототипом предлагаемый магнитно-транзисторный ключ дает возможность уменьшить потери энергии за счет ограничения скорости роста тока при отпирании и скорости на-растания напряжения на транзисторе при запирании, а также за счет более эффективного, чем в прототипе, форсирования процесса запирания, повысить надежность за счет уменьшения вероятности вторичного пробоя и облегчения работы устройств защиты bV перегрузок по току вследствие ограничения скорости нарастания тока через сило вой транзистор, уменьшить уровень коммутационных помех в силу ограниченной скорости изменений тока и. .напряжения при отпирании и запирании. / Формула изобретения Магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, в цепи нагрузки которого включена первичная обмотка трансформатора, вторичные обматки положительной и отрицательной обратных связей которого первыми выводами подключены к базе силового транзистора и первой, управляющей шине, а вторыми выводами - соответственно к второй и третьей управляющим шинам, о т л и .4 а ю щ и и с я тем, что, с целью пбвьяиения КПД и надеж ОСТи, введены конденсатор, диод, дополнительная обмотка и сердечник трансформатора, причем дополнитель ная обмотка и диод соединены в последовательную цепь, подключенную параллельно конденсатору, который через первичную обмотку тралсформатора подключен к эмиттерно-коллектор- i ной цепи силового транзистора, а.дополнительнь«й сердечник магнитно связан с первичной и дополнительной обмотками трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 50336 1, кл. Н 03 К 17/60, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 03 К 17/60, 21.11.77 (прототип).

to