Магнитно-транзисторный ключ

ОП ИСАЙИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СовегсттмкСоцналмстнческнлРеспублик(72) Авторы изобретения Б. А. Глебов и Н, Б. Рожнин Московский ордена Ленина энергетический институт(54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫИ КЛЮЧИзобретение относится к и мпульсной технике и может быть использовано в системах управления и регулирования.Известен магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовые транзисторы и трансформаторы тока с первичной и двумя вторичными обмотками, управляющий транзистор и диодные цепи 1.Однако устройство отличается сложностью и невысокой надежностью. Известен магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовые транзисторы, диоды, трансформаторы с вторичными обмотками положительной и отрицательной связи и два ключа с вентильной проводимостью, эмиттеры силовых транзисторов подключены к первой шине питания, вторичные обмотки положительной обратной связи соединены последовательно-согласно с первым ключом с вентильной проводимостью и образуют первую цепь 2. Однако данное устройство сложно и обладает низкой надежностью,Цель изобретения - упрощение устройства и повышение надежности. Цель достигается тем, что в магнитнотранзисторном ключе, содержащем силовые транзисторы, диоды, трансформаторы с вторичными обмотками положительной и отрицательной обратной связи и два ключа с вентильной проводимостью, эмиттеры силовых транзисторов подключены к первой шине 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, базы силовых транзисторов объединены, первая цепь включена последовательно с базоэмиттерными 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 20 силового транзистора и второй шиной питания.На чертеже представлена электрическаясхемма устройства.Устройство содержит шину 1 отрицательного питания, шину 2 объединяющую базы силовых транзисторов, шину 3, объединяющую выходы ячеек, шину 4 положительного питания, нагрузку 5, силовые транзисторы 6 и 7 первой и последней ячеек, коммутирующие 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 первой и последней ячеек, шунтирующий 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 инвертор24 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 . 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 шине 2, а другой вывод к шине 1.Кроме того шина 2, объединяющая 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, шунтирующий 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, осуществляемой 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 базытранзисторов, и коллекторным током каждого силового транзистора, являющимсятакже током первичных обмоток О и 11,существует пропорциональная связь, а коэффициентом пропорциональности служит отношение числа витков обмоток 10 и 13, 110и 14, При идентичности трансформаторовячеек коллекторные токи силовых транзисторов принудительно устанавливаются одинаковыми.При исчезновении сигнала положительной полярности на входе ключевого устрой 5 ства инвертор 24 запирается. Это приводитк тому, что запирается первый ключ и отпирается шунтирующий транзистор и второй ключ, При этом ток, протекающий попоследовательной цепи, состоящей из обмоток 13 и 14 и первого ключа, прекращается,20и начинает протекать ток по последовательУной цепи, включающей обмотки 21 и 22 ивторой ключ. Этот ток является запирающимдля силовых транзисторов 6 и 7, поэтомупосле рассасывания избыточных зарядов,25 силовые транзисторы запираются, На этаперассасывания коллекторные токи силовыхтранзисторов остаются пропорциональнымиобщему току обмоток 2 и 22, а коэффициентом пропорциональности служит отношение числа витков обмоток 10 и 21, 11 и 22,З 0 При идентичности трансформаторов ячеекколлекторные токи транзисторов принудительно выравниваются.Из-за технологического разброса параметров длительность этапа рассасывания35 для силовых транзисторов различных ячеекнеодинакова. Поэтому какие-то из силовыхтранзисторов выключаются раньше, а какието позже, Предположим, что первым запирается транзистор 7 последней ячейки, однако из-за того, что ток по вторичной обмотке40 22 продолжает протекать, ток через обмотку11 также не может прекратиться. Поэтому.возникающая на обмотке 11 ЭДС отпираеткоммутирующий диод 9, и ток замыкаетсячерез диод 9 и нагрузку 5. При этом общийток нагрузки несколько уменьшается. Происходит это по следующим причинам. Как ужеотмечалось, на обмотке 11 появляется ЭДС,противоположная по знаку напряжению, существовавшему на этой обмотке до запирания транзистора 7, а по величине равная50 примерно напряжению питания Е. Это напряжение трансформируется в обмотку 22.Однако общее падение напряжения на последовательно соединенных обмотках 21 и22 остается неизменным, Поэтому возрастает напряжение на обмотках 21 и аналогич 5 ных обмотках других ячеек, а это возросшее напряжение, в свою очередь, трансформируется в обмотки 10 с той же полярностью,которая существовала на этих обмотках довыключения транзистора 7, при этом потенциал шины 3 возрастает, т.е. уменьшаетсяток нагрузки.Таким же образом устройство функционирует и при выключении остальных силовыхтранзисторов. При выключении отдельныхтранзисторов отсутствуют перегрузки по току транзисторов остающихся включеннымитак как, во-первых, ток выключившегосятранзистора берет на себя коммутирующий.диод, и, во-вторых, общий ток нагрузки 10уменьшается.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, состоящей из первых вторичныхобмоток 13 и 14 и первого 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 выгод-.ными энергетически,Первый ключ с вентильной проводимостью может быть также выполнен в виде цепочки последовательновключенных диодов, при этом принцип действия устройстване изменяется. 35Таким образом, в сравнении с известнымпредложенное устройство проще, так как вкаждой ячейке содержит только один транзистор - силовой и является более надежным,так как при одновременной работе ячеек обеспечивается принудительное выравнивание токов силовых транзисторов, а при выключении исключаются токовые перегрузки отдельных силовых транзисторов,Формула изобретенияМагнитно-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 шине 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, отличаюи 1 ийся 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 1, Устройства вторичных источников питания РЭА, МДНТП, 1976, с. 142, рис. 2.2. Авторское свидетельство СССР по заявке2681135/18-21, кл, Н 03 К 17/60., г. Ужгород,ВНИИПИ Госудапо делам из13035, Москва, Жлиал ППП Патент итета СССР открытий я наб., д. 4/5 ул. Проектная едактор Е. Лушниковааказ 5164/82 егянКорректор В. БутягПодписное