Магнитно-транзисторный ключ

ОП ИСАНИЕ 799141ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиинСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет Ьеудлретеенай квинтет СССР(53) УДК 621, . 382(088.8) ао делам наееретеннй н еткрытнйОпубликовано 23.01,81, Бюллетень ия 3 Дата опубликования описания 30.01.81(71) Заявитель Московский ордена Ленина энергетический институт(54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ Изобретение относится к . импульсной технике и может найти применениев устройствах преобразования и регулирования электрической энергии,Известен магнитно-транзисторный ключпо основному авт. св. % 656043, со- здержащий силовой транзистор и трансформатор тока, первичная обмотка котороговключена последовательно с коллекторноэмиттерной цепью силового транзистора,первая вторичная обмотка является обмот- твкой положительной обратной связи, а втораяи третья дополнительные вторичные обмоткиявляются обмотками отрицательной обратнойсвязи и соединены последовательно, управляемый ключевой элемент ".с вентильной нрово- тдимостью, включенный последовательно свторичными обмотками отрицательнойобратной связи и выполненный в видесхемы составного транзистора 11,Однако известное устройство не отли-чается высокой недежностью, так как приперегрузке неограниченно воэрастаеаток в силовом транзисторе. 2Цель изобретения - повышение надежности,Поставленная цель достигается темчто в магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор и трансформатор тока, первичная обмотка котороговключена последовательно с коллекторноэмиттерной цепью силового транзистора)первая вторичная обмотка являетсяобмоткой положительной обратной связи,а вторая и третья дополнительные вторичные обмотки являются обмоткамиотрицательной обратной связи и соединены последовательно, управляемый ключевой элемент с вентильной проводимос -тью, включенный последовательно с дополнительными вторичными обмоткамиотрицательной обратной связи и выполненный в виде схемы составного транзистора, дополнительно введены два транзистора, диод и три резистора, причем первый резистор другим выводом соединенс эмиттером силового транзистора, вторым выводом подключен к первому выводу3 7 991 последовательной цепи иэ первого дио да и первой вторичной обмотки, второй дополнительный резистор первым выводом соединен со вторым выводом первого резистора, вторым выводом - с эмиттером первого, дополнительного транзис - тора, база которого через третий резистор соединена с эмиттером силового транзистора, коллектор первого дополнительного транзистора соединен с базой второго дополнительного транзистора, эмиттер которого через дополнительный диод соединен со вторым выводом второй до-. полнительной вторичной обмотки, а коллектор второго дополнительного транзистора подключен к базе транзистора основного транзисторного ключа.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства.Устройство содержит силовой транзисторный ключ 1, первичную обмотку 2 трансформатора 3, тока, нагрузку 4, шины 5 и 6 питания, транзистор 7, вторичную обмотку 8 трансформатора тока (обмотка продолжительной обратной связи), секции 9 и 10 обмотки отрицательной обратной связи, первый диод .11, резистор 12, второй диод 13, основной транзисторный ключ 14, диод 15 дополнительного транзисторного ключа 16, тре, тий диод 17, первый дополнительный транзистор 18, конденсатор 19, второй дополнительный транзистор 20, третий дополнительный: транзистор 21, транзистор 22 инвертора напряжения и резисторы 23-30.В устройстве коллектор транзистора1 (силового) через первичную обмотку 2 и нагрузку 4 связан с шиной 5 питания. Эмиттер силового транзистора 1 непосредственно соединен с заземленной шиной 6 питания,. а база связана с этой.шиной через цепьподдерживайия запретного состояния ключа. В качестве такой цепи использована коллекторноэмиттерная цепь транзистора 7. Кроме того, . база силового транзистора 1 непосредственно подключена к общей точке обмотки 8 и другой вторичной обмотки, содержащей последовательно,соединенные секции 9 и 10.Цепь иэ последовательно соединенных обмотки 8, диода 11 и резистора 12 включена между базой и эмиттером силового транзистора 1. Второй конец секции 9 и первый конец секции 10 соединен вместе, и к точке их соединения подключена цепочка из последовательно соединенных второго диода 13 и основного транэис 4торного ключа 14, причем эмиттертранзисторного ключа 14 соединен сэмиттером силового транзистора 1. Вто-.рой конец дополнительной обмотки (секция 10) через дополнительный диод 15 и соединенный с ним последовательно дополнительный транзисторный ключ 16, подключен к базе транзисторного ключа .14. К этому же выводу секции 10 подключены последовательно соединенные третий диод 17 и первый дополнительный транзистор 18. ;Эта цепочка подключена к базе транзисторного ключа 14 либо непосредственно, либо через конденсатор19 (пунктирная линия).К точке соединения конденсатора 19 и коллектор транзистора 18 через резистор 24 подключена база третьего дополнительного транзистора 21. Коллекторно-эмиттерная цепь транзистора 21 включена между базой транзистора 22 и эмиттером силового транзистора 1. Инвертор напряжения на транзисторе 22 соединен своим коллектором через резистор 23 с шиной 5 питания, а через резисторы 26 и 25 с управляющими входами транзисторов 7 и ключа 16, соответственно. К базе первого дополнительного транзистора 18 подключен коллектор транзистора 20, эмиттер которого соединен через резистор 29 с точкой соединения резистора 12 и первого диода 11, а база через резистор 27 подключена к эмиттеру транзистора 1. База силового .транзистора 1 соединена через резистор 30 с шиной 5 питания, а база основного транзисторного ключа 14 через резистор 28 к шине 6 питания.Устройство работает следующим образом, 1При отсутствии управляющего сигналана базе транзистора 22 последний заперт, и в базовые цепи транзистора 7 и транзисторного ключа 16 через, резисторы 23, 26 и 25 задается ток, поддерживающий эти транзиеторы в состоянии насыщения,. При этом между базой и эмиттером силового транзистора устанавливается небольшая разность потенциалов, и силовой транзистор 1. находится в режиме отсечки, а ток, протекающий черезрезистор 30, шунтируется транзистором .7, При поступлении сигнала положительной полярности на базу транзистора 22 запираются транзистор 7 и ключи 14 и16, Ток, протекающий через резистор 30,начинает поступать в базу транзистора 1, переводя его в активный режим.За счет положительной обратной связи, осуществляемой трансформатором 3, тран1 4мента отпирания транзистора 20) объясняется иэбйточностью отпирающего тока, задаваемого в силовой транзистор для уменьшения остаточного напряжения на нем при нормальном режиме работы.Однако, нагрузочный ток не может возрасти более чем в два раза, поскольку суммарный ток вторичных обмоток в этом случае (если количество витков обмотки секции 9 й обмотки 8 равны) тоже увеличится в два раза. Но тогда, поскольку ток обмотки 8 в этом режиме 1 поддерживается постоянным, увеличивает-, ся лишь ток обмотки отрицательной обратной связи.В предельном случае при,коэффициенте усиления по току силового транзис- тора 1, стремящемуся к бесконечности, ток через обмотку секции 9 станет равным току обмотки 8, суммарный ток через базо-эмиттерный переход силового транзистора 1 станет равным нулю при достижении нагруэочным током удвоенной, по сравнению с моментом начала ограничении тока, величины, что соответствует условию ограничения 1тока на уровне, меньшем, удвоенного.Если коллектор транзистора 18 соединен с базой транзисторного ключа 14 через конденсатор (пунктирная линия), то по мере протекания запирающего тока через конденсатор 19, он эарядится и своим напряжением через резисторы 24 и 28 начнет задавать в базу транзистора 21 отпирающий ток. Следовательно, коллекторно-эмиттерная цепь транзистора 21 эашунтирует вход транзистора 22, транзистор 22 перейдет в режим отсечки . Дальнейший процесс аналогичек описанному выше для случая снятия сиг-, нала управления с .входа транзистора 32.После того, как конденсатор 18 разрядится, транзистор 21 перестанет шунтировать вход транзистора 22, процесс включения и процесс выключения, еслиимеется перегрузка, повторится; т.е. в данном случае происходит повторяющийся процесс включения и выключения силового транзистора 1 при перегрузке, при одновременном ограничении величины тока через силовой транзистор.Таким образом в предложенном устройстве достигается ограничение тока через силовой транзистор на заранее заданном уровне. Это обусловливает увеличение надежнссти ключевого устройства. Ограничение такого рода может быть успешно использовано при параллельной работе подобных ключевых устройств,5 79814эистор 1 отпирается лавинообразно ипереходит в насыщенный режцм. Приэтом ток базы пропорционален току коллектора, если падение напряжения на резисторе 12 не превышает пороговогонапряжения отпирания второго дополнительного транзистора 20. При снятии. управляющего сигнала с базы транзистора 22 последний переходит в режим от-,сечки, и в базовые цепи транзистора 7и ключа 16 задается отпирающий токчерез резисторы 36 и 25 соответственно.Поступление отпирающего тока в базутранзисторного ключа 16 приводит к тому, что транзисторный ключ 14 переходит в насыщенный режим, тогда в базусилового транзистора 1 начнет поступатьзапирающий ток. После запирания силовоготранзистора 1 автоматически прекращается протекание тока через транзисторный ключ 16 и основной транзисторныйключ 14, т.е. цепь формированного запирания силового транзистора 1 практически прекращает потребление мощности отисточника,.питания. В случае, если падение напряжения на резисторе 12 превысит цороговое напряжение отпираниятранзистора 20 (ток в выходной цениколлектора превысит допустимое. значение), в базу транзистора 20 через резисторы 27 и 29 начинает задаватьсяотпирающий ток, Вследствие этого в вы-.ходной цепи транзистора 20 появитсяток, являющийся отпирающим для первогодополнительного транзистора 18. Транзистор 18 начнет задавать ток в базу.3транзисторного ключа 14, Этот ток является отпирающим током для транзисторного ключа 14 и запирающим для сило-,вого транзистора 1. Следовательно включится основная цепь отрицательной обратной связи, состоящая из секции 9, диода13 и основного транзисторного ключа 14.В дальнейшем ток через обмотку 8, благодаря включению транзистора 20, застабилизируется на определенном уровне,аза ток через секцию 9 будет расти помере роста тока нагрузки,Если коллектор транзистора 18 не-посредственно соединен с базой основыио транзисторного ключа 14 (сплощ- фная линия), то суммарный ток базы силового транзистора 1 будет уменьшаться,если ток коллектора будет расти, таккактоки обмотки 8 и секции 9 протекают через базо-эмиттерный переход транзистора И1 во взаимопротивоположных направленияхаРост нагруэочного тока через силовойтранзистор 1 в этом режиме (после мо-,7 799 что расширяет функциональные воэмоЖности магнитно-транзисторных ключей.Формула изобретенияМагнитно-транзисторный ключ по авт. се, Ж 656043, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно введены два транзистора, диод и три резистора, причем . первый резистор одним выводом соединен с эмиттером силового транзистора, вторым выводом подключен к первому выводу последовательной цепи иэ первого диода и первой вторичной обмотки, второй дополнительный резистор первым выводом соединен со вторым выводом первого ре 141 8зистора, вторым выводом - с эмиттеромпервого дополнительного транзистора,база которого через третий резистор соединена с эмиттером силового транзистора,5коллектор первого дополнительного транзистора соединен с базой второго дополнительного транзистора, эмиттеркоторого через дополнительный диодсоединен со,.вторым выводом второйдопОлнительной вторичной обмотки, аколлектор второго дополнительного транзистора подключен к базе транзистораосновного транзисторного ключа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР.К тура Сост Редактор Е. Шишкин Техр. 4/б б л. Т 1 тент", г. У Филиал ПП 10091/83 Тираж 999 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретений 113038; Москва, ЖП "П жгорю