Магнитно-транзисторный ключ

( 9) (1 4(51) Н 03 К 17/60 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Б.А. Глебов и Н.Б, Рожнин (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(56) 1. Лукьяненко В.А. и др. Вопросы разработки транзисторных непосредственных преобразователей частоты для систем электроприводов переменного тока. Тезисы докладов конференции "Проблемы преобразовательной техники", т, 4, Киев, 1979, с. 79-82.2. Авторское свидетельство СССР В 762185, кл. Н 03 К 17/60, 1978 (прототип),(54)(57) 1. МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙКЛЮЧ, содержащий 0 силовых транзисторов, коллекторы которых через. первичные обмотки трансформаторов соединены с первым выводом общей нагрузки,второй .вывод которой подключен к первой шине источника питания, втораяшина которого соединена с эмиттерамисиловых транзисторов, базы которыхподключены к выходу управляемого источника сигнала, вход которого соединен с первыи выходом блока управления, ключевые элементы, первые силовые выводы которых соединены с второйшиной источника питания, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности ключа, в неговведены дополнительный сердечник срасположенными на нем обмотками положительной и отрицательной обратнойсвязи и короткозамкнутый контур,причем общий вывод обмоток положительной и отрицательной обратнойсвязи соединен с базами силовых транзисторов, другие выводы указанныхобмоток соединены с вторыми силовымивыводами соответствующих ключевыхэлементов, управляющие входы которыхсоединены с соответствующими выходамиблока управления, а короткозамкнутыййконтур магнитно связан со всеми сердечниками 2. Магнитно-транзисторный ключ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что короткозамкнутьй контур выполнен в виде полого цилиндра с верхним и нижним отверстиями, соединенными между собой стержнем, причем полый цилиндр, основание и стержень выполнены из материала с высокой проводимостью, а стержень проходит через окно каждого из сердечников, 1150753Изобретение относится к импульснойтехнике, в частности к магнитно"транзисторным ключевым устройствам, иможет быть использовано в системахуправления и регулирования. 5Известен транзисторный ключ, состоящий из М транэисторон, выходныецепи которых соединены параллельно,а входные цепи через токоограничивающие резисторы подключены к дополнительным источникам сигналов отпирания и запирания Г 13,Недостатками известного устройстваявляются значительные потери энергии в токоограничивающих резисторах,и неравномерность распределения токовв выходные центры силовых транзисторов из-за разброса их параметрон,что снижает надежность устройства.Наиболее близким к изобретению 20является магнитно-транзисторный ключ,содержащий И силовых транзисторов,коллекторы которых через первичныеобмотки Ы трансформаторов соединеныс первым выводом общей нагрузки,второй вывод которой подключен кперной шине источника питания, втораяшина которого соединена с эмиттерами силовых транзисторов, базы которых подключены к выходу управляемого 30источника сигнала, вход которогосоединен с первым выходом блока управления, ключевые элементы, первыесиловые выводы которых соединены совторой шиной источника питания причем связь между баз силовых транзисторов с выходом управляемого источника сигнала осуществлена через соединенные последовательно обмотки положительной обратной связи, намотанные 4 Она И трансФорматорах 2 .Недостаток . известного устройства - низкая надежность, связанная снарушением равномерности токораспределения между силовыми транзисторами 45при насыщении сердечников трансформаторов тока.Цель изобретения - повышение надежности,Поставленная цель достигаетсятем, что в магнитно-транзисторныйключ, содержащий И силовых транзисторов, коллекторы которых через первичные обмотки трансформаторов соединены с первым выводом общей нагрузки,55второй вьвод которой подключен кпервой шине источника питания, втораяшина которого соединена с эмиттерами силоных транзисторов, базы которых подключены к выходу управляемого источника сигнала, вход которого соединен с первым выходом блока упранления, ключевые эмиттеры, первые силовые выводы которых соединены с второй шиной питания, введены дополнительный сердечник с расположенными на нем обмотками положительной и отрицательной обратной связи и короткозамкнутый контур, причем общий вывод обмотки положительной и отрицательной обратной связи соединен с базамисиловых транзисторов, другие выводы указанных обмоток соединены с вторыми силовыми выводами соответствующих ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления, а коротко- замкнутый контур магнитно связан со всеми сердечниками.Кроме того, короткозамкнутый контур выполнен в виде полого цилиндра с верхним и нижним основаниями, соединенными между собой стержнем, причем полый цилиндр,.основание и стержень выполнены из материала с высокой проводимостью, а стержень проходит через окно каждого из сердечников. На фиг.1 представлена принципиальная эпиотрическая схема предложенного устройства; на фиг.2 - конструкция короткозамкнутого контура, магнитноснязанного со всеми сердечниками, в виде полого цилиндра.Устройство содержит первую и вторую шины 1 и 2 источника питания, нагрузку 3, блок 4 упранления, управляемь источник сигнала, выполненный в виде управляемого ключа 5 и источника 6 отпирающего смещения, первый и второй ключевые элементыи 8, первый силовой транзистор 9, второй силовой транзистор 10, И-й силовой транзистор 11, сердечник 12 первого трансформатора, сердечник 13 второго трансформатора, сердечник 14 И-го трансформатора, дополнительный сердечник 15, первичную обмотку 16 первого трансформатора, первичную обмотку 17 второго трансформатора, первичную обмотку 18 И-го трансформатора, короткозамкнутый контур 19, магнитно связанный с сердечниками 12, 13, 14 и 15, обмотку 20 положительной обратной связи, обмотку 21 отрицательной обратной связи.11507 3К первой и второй шинам 1 и 2 источника питания подключены выходные зажимы этого источника.Коллекторы силовых транзисторов 9, 10 и 11 через первичные обмотки 16, 17 и 18 трансформаторов, выполненных на сердечниках 12, 13 и 14, подключены к первому выводу общей нагрузки 3. Второй вывод этой нагруз" ки соединен первой шиной 1 источника О питания. Эмиттеры силовых транзисторов 9, 1 О и 11 подключены к второй шине 2 источника питания, а базы их соединены с выходом управляемого источника сигнала, выполненного в виде 15 управляемого ключа 5 и источника 6 ,отпирающего смещения. Вход управляемого ключа 5 соединен с первым выходом блока управления 4.К второй шине 2 источника питания подключены первые силовые электроды ключевых элементов 7 и 8, а их управляющие электроды соединены с соответствующими выходами блока управления 4, 25Дополнительный сердечник 15 и сердечники 12, 13 и 14 трансформаторов магнитно связаны с короткозамкнутымконтуром 19. На дополнительном сердечнике 15 расположены обмотки 20 и21 положительной и отрицательной обратной связи, общий вывод которых соединен с базами силовых транзисторов 9, 1 О и 11, а другие выводы этих обмоток - с вторыми силовыми электродами ключевых элементов 7 и 8.35Короткозамкнутый контур 19, связанный магнитно с сердечниками 12,13 и 14 трансформаторов, на которых расположены первичные обмотки 16,4017 и 18, а также связанный магнитнос дополнительным сердечником 15, на котором расположены обмотки 20 и 21 положительной и отрицательной обратной связи, содержит верхнее и45нижнее основания 22 и 23, цилиндр 24 и стержень 25, выполненные из токопроводящего материала. Сердечники 12, 13, 14 и 15 с размещенными на них обмотками расположены внутри цилиндра 24 между верхним и нижним основаниями 22 и 23, . которые соединены между собой стержнем 25. Соединение может быть выпол- нено резьбовым. Выводы обмоток выведены через щель в боковой поверхности цилиндра или через отверстия. Основания 22 и 23, цилиндр 24 и 53 4стержень 25, образующие короткозамк".нутый контур 19, являются по существу одновитковой обмоткой для всехсердечников 12, 13, 14 и 15.Принцип действия устройства состоит в следующем.При поступлении команды с блокауправления 4 одновременно отпирается первый ключевой элемент 7 и запирается второй ключевой элемент 8.При этом небольшой отпирающий ток отуправляемого источника сигнала поступает в объединенные базы силовыхтранзисторов 9, 10 и 11, что приводитк приотпиранию транзисторов. Небольшие коллекторные токи транзисторов9, 10 и 11, протекая по первичнымобмоткам 16, 1 и 18, намотанным соот"ветственно на сердечниках 2, 13и 14, наводят на них ЭДС, которые,трансформируясь в короткозамкнутыйконтур 19, вызывают протекание поней тока (контур 19 является вторичной обмоткой одновременно для обмоток 16, 17 и 18) . В свою очередь контур 19 является первичной обмоткойпо отношению к обмоткам 20 и 21,намотанным на дополнительном сердечнике 15, Поэтому ЭДС в свою очередьнаводятся и на обмотках 20 и 21.Первый ключевой элемент 7 сейчас открыт, поэтому по цепи обмотка 20 базозмиттерные переходы транзисторов9, 10 и 11 - ключевой элемент 7, начинает протекать ток, который, складываясь с током источника 6 отпирающего смещения, увеличивает базовыетоки силовых транзисторов, а следовательно, и коллекторные токи, чтоприводит к дальнейшему увеличениютока в обмотке 19 и т.д,Лавинообразный процесс нарастания тока заканчивается, когда ток в нагрузке 3 достигает значения, определяемого напряжением питания, величиной нагрузки, напряжением насыщения транзисторов 9,10 и 11 и падением напряжения на обмотках 16, 17 и 18. Во время включенного состояния ключа ток положительной обратной связи, протекающий по обмотке 20, пропорционален току в короткозамкнутом контуре 19, который в свою очередь определяется величиной токов, нротвкающих по обмоткам 16, 17 и 18, и соотношением чисел витков обмоток 16, 17 и 18 и контура 19, Так как обмотка контура 19 является вторичной одно 5 11507временно по отношению ко всем обмоткам 16, 17 и 18, то при равенствеколичества витков в обмотках 16,17 и 18 по ним будет протекать одинаковый ток, т,е, коллекторные токи 5силовых транзисторов 9, 10 и 11принудительно выравниваются, устраняя возможность перегрузок отдельныхприборов. При поступлении команды сустройства управления 4 ключевой эле Омент 7 запирается, ключевой элемент8 и управляемый ключ 5 отпираются.При этом ток источника отпирающегосмещения шунтируется управляемымключом 5, а ток из обмотки 20 переключается в обмотку 21. Ток обмотки21 также пропорционален токам в обмотках 16, 17 и 18, но для силовыхтранзисторов 9, 10 и 11 он являетсязапирающим током, После рассасывания 20избыточного заряда транзисторы 9, 10и 11 запираются, при этом ток по нагрузке 3 перестает протекать (ключзапирается). Заметим, что на этаперассасывания избыточного заряда 25коллекторные токи транзисторов 9, 10и 11 также принудительно выравниваются,Один из ключевых управляющих элементов 7 и 8 может быть сделан не- Зоуправляемым (диод) и принцип действияустройства при этом не изменится.Наиболее удобным является выбор,количества витков обмотки контура 19,53ь3равного единице. При этом наиболее технологичным является выполнение короткозамкнутого витка в виде полого цилиндра с верхним и нижним основаниями, соединенными стержнем, как показано на фиг.2.Указанный короткозамкнутый контур 19 может, быть также выполнен в виде короткозамкнутой многовитконой обмотки, намотанной на сложенные вместе сердечники 12 - 15 поверх обмоток 16, 17, 18, 20 и 21 или в виде последовательной цепи из дополнительных обмоток, намотанных на соответствующем сердечнике 12, 13 - 15.Таким образом, в предлагаемом устройстве коллекторные токи в И соединенных параллельно по входу транзисторах принудительно выравниваются на всех этапах протекания тока нагрузки, что повышает надежность устройства по сравнению с прототипом. Кроме того, при увеличении длительности управляющего сигнала по мере насыщения дополнительного сердечника базовые токи силовых транзисторов уменьшаются, что приведет в конечном итоге к выключению ключа, последующему выводу энергии из магнитных элементов и повторному включению устройства, если отпирающий импульс продолжает действовать.1150753 орректо го Заказ 2174/44 НИИПИ Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,илиал Составитель Л.дактор В. Ковтун Техред М,Надь Тираж 872Государственного по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Ра Подписное омитета СССР открытий ушскай наб., д. 4