Магнитно-транзисторный коммутатор

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в ключевых усилителях тока , например, для управления электродвигателями . Целью изобретения является повьппение КПД. Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены источник 24 управляющего напряжения , стабилитрон 27, конденсатор 28, резисторы 29-32, компаратор 33. Кроме того, устройство содержит силовые зажимы 1 и 2, входную управляющую шину 3, силовой транзистор 4, резистор 5, источник 6 с выво- -дами 7 и 8, управляющие диоды 9 и 10, трансформатор 11 с базовой обмоткой 12, управляющей обмоткой 14, базовый диод 13, управляющий транзистор 15, заземляющую шину 16, обмотки 17 и 18 смещения второго трансформатора 19, имеющего также управляющую обмотку 20, обмотку обратной связи 21 и базовую обмотку 22, базовьм диод 23, входные и выходные клеммы 34-37. Устройство обеспечивает экономичное токовое управление силовым транзистором без введения дополнительных элементов в силовую цепь переключателя, что позволяет повысить КЩ. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 H 03 K 17/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4023148/24-21 (22) 14.02.86 (46) 15.07. 87. Бюл. 11 26 (72) В.Н.Бродовский, Е.А.Титова и В.Я.Туровский (53) 621.382(088.8) (56) Балагуров В.А.и др. Бесконтактные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1975, с. 25, рис. 14а.

Авторское свидетельство СССР

Ф 839056, кл. Н 03 К 17/60, 1981. (54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в ключевых усилителях тока, например, для управления электродвигателями. Целью изобретения является повышение КПД. Для достижения этой цели в устройство дополнительно.SU» 1324099 А1 введены источник 24 управляющего напряжения, стабилитрон 27, конденсатор 28, резисторы 29-32, компаратор 33. Кроме того, устройство содержит силовые зажимы 1 и 2, входную управляющую шину 3, силовой транзистор 4, резистор 5, источник 6 с выво.дами 7 и 8, управляющие диоды 9 и 10, трансформатор 11 с базовой обмоткой

12, управляющей обмоткой 14, базовый диод 13, управляющий транзистор 15, заземляющую шину 16, обмотки 17 и 18 смещения второго трансформатора 19, имеющего также управляющую обмотку 20, обмотку обратной связи 2! и базовую обмотку 22, базовый диод 23, входные g и выходные клеммы 34-3?. Устройство обеспечивает экономичное токовое управление силовым транзистором без введения дополнительных элементов в Са силовую цепь переключателя, что позволяет повысить КПД, 1 ил.

1 1324

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в ключевых усилителях тока, например, для управления электродвигателями. 5

Цель изобретения — увеличение КПД.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаеМого устройства. 10

Устройство содержит первую 1 и вторую 2 силовые клеммы цепи нагрузки, входную управляющую шину 3 силовой транзистор 4 с цепью запирания, в качестве которой может быть исполь- 15 зован например, резистор 5, включенный между базой и эмиттером силового транзистора 4, источник 6 тока с положительным 7 и отрицательным 8 выводами, первый 9 и второй 10 управляю- 20 щие диоды, первый трансформатор 11, имеющий базовую обмотку 12, конец которой через первый базовый диод 13 подключен к базе силового транзистора 4, управляющую обмотку 14, начало 25 которой подключено к коллектору управляющего транзистора 15, эмиттер которого подключен к земляной шине

16, обмотку 17 смещения, концом соединенную с началом обмотки 18 смеще- 30 ния второго трансформатора 19, имеющего также управляющую обмотку 20, обмотку 21 обратной связи и базовую обмотку 22, начало которой через второй базовый диод 23 подключено к базе силового транзистора 4, а конец— к его эмиттеру. Коммутатор снабжен источником 24 управляющего напряжения с положительным 25 и отрицательным 26 выводами, стабилитроном 27, 40 конденсатором 28, первым, вторым, третьим и четвертым дополнительными резисторами 29 — 32, компаратором 33 с прямым 34 и инверсным 35 входами сравнения, управляющим входом 36 и выходом 37, подключенным к базе управляющего транзистора 15, коллектор которого подключен к аноду первого управляющего диода 9, катод которого подключеH к катоду стабилитрона 27, анод которого подключен к соединенным вместе концу управляющей обмотки

14 первого трансформатора 11 и положительному выводу 25 источника 24 управляющего напряжения, отрицательный вывод 26 которого подключен к земляной шине 16, к которой подключены также один вывод конденсатора 28, один вывод первого резистора 29 и на099 2 чало управляющей обмотки 20 второго трансформатора 19, конец которой подключен к соединенным каждый одним из своих выводом второму 30 и третьему

31 резисторам, при этом другой свободный вывод второго резистора 30 соединен со свободным выводом первого резистора 29 и с прямым входом 34 сравнения компаратора 33, который инверсным входом 35 сравнения соединен со свободными выводами конденсатора

28 и третьего резистора 31, а также с одним из выводов четвертого резистора 32, другой вывод которого подключен к аноду второго управляющего диода 10, катод которого подключен к соединенным вместе управляющему входу

36 компаратора 33 и управляющей шине

3, при этом отрицательный вывод 8 источника 6 тока соединен с концом обмотки 18 смещения второго трансформатора 19, а положительный вывод 7 источника 6 тока — с началом обмотки 17 смещения первого трансформатора 11, начало базовой обмотки 12 которого подключено к началу базовой обмотки

22 второго трансформатора 19, конец которой соединен с началом его обмотки 21 обратной связи, конец которой соединен с первой силовой клеммой 11, причем вторая силовая клемма 2 подключена к коллектору силового транзистора 4.

В исходном положении включены источник 6 тока, источник 24 напряжения, подано напряжение питания компарато-. ра 33 (цепи питания компаратора .не показаны). Управляющее напряжение в исходном состоянии отрицательное, что соответствует закрытому состоянию силовой цепи переключателя тока. Управляющее напряжение поступает на управляющий (стробирующий) вход 36 компаратора 33, что обеспечивает отрицательный сигнал на его выходе 37 независимо от знака входного напряжения компаратора 33. При этом обеспечивается закрытое состояние управляющего транзистора 15. Ток источника 6 тока протекает по обмоткам 17 и 18 смещения первого 1.1 и второго 19 трансформаторов. Магнитопроводы указанных транс=. форматоров при этом подготовлены к перемагничиванию. Напряжение на обмотках первого 11 и второго 19 трансфор" маторов равно нулю. Силовой транзистор 4 заперт. Управляющее напряжение через второй управляющий диод 10 и ре1324099 зистор 32 поступает также на инверсный вход 35 сравнения компаратора 33 и подсоединенный к нему параллельно конденсатор 28. 3а счет этого напряжение на конденсаторе 28 отрицательное, а входное напряжение компаратора 33 — положительное, что обеспечивает положительный сигнал на выходе компаратора при подаче íà его управляющий вход 36 положительного сигнала 10 с управляющей шины 3.

Открытие силовой цепи устройства (клемма 2 — коллектор-эмиттерный переход силового транзистора 4 — обмотка

21 обратной связи) осуществляется по- 15 дачей на управляющую шину 3 напряжения положительной полярности, Поскольку напряжение на управляющем входе 36 компаратора 33 также становится положительным, выходное напряжение этого 20 компаратора в соответствии со знаком его входного напряжения становится положительным. Управляющий транзистор 15 открывается и подключает управляющую обмотку 14 первого транс- 25 форматора 11 к источнику 24 управляющего напряжения. Соответственно, появляется напряжение на базовой обмотке 12 первого трансформатора 11 и обеспечивается протекание базового 30 тока в силовом транзисторе 4. Величина базового тока в первый момент времени пропорциональна величине тока смещения, протекающего по обмотке 18 смещения второго трансформатора 19.

Наличие базового тока силового транзистора 4 приводит к его отпиранию и протеканию по силовой цепи, ток базы силового транзистора 4 увеличивается на величину, пропорциональному 40 току силовой цепи.

В схеме коммутатора применено управление силовым транзистором 4 с помощью первого 11 и второго 19 транс- 4> форматоров. При этом в режиме открытого состояния устройства обеспечено перемагничивание их сердечников на высокой частоте. С этой целью предусмотрена возможностью периодической смены знака напряжения, прикладываемого к обмоткам этих трансформаторов.

Предусмотрено исключение глубокого насыщения трансформаторов, при котором нарушилась бы передача тока в базу силового транзистора 4. Для этого во втором трансформаторе 19 обеспечен контроль магнитного состояния его магнитопровода. Исключение насьйцения магнитопровода первого трансформатора 11 обеспечивается параметрически.

Для осуществления укаэанных мер в режиме открытого состояния коммутатора организовано периодическое переключение управляющего транзистора 15, что и приводит к периодической смене знака прикладываемого к обмоткам первого 11 и второго 19 трансформаторов напряжения. Полярность напряжения на обмотках первого трансформатора 11: минус на начале, плюс на конце, обеспечивается при включенном состоянии управляющего транзистора 15 за счет напряжения источника 24 в обмотке 14.

Напряжение на базовой обмотке 12 при этом уравновешивается за счет падения напряжения на первом базовом диоде 13, база-эмиттерном переходе силового транзистора 4 и напряжения на базовой обмотке 22. При этом полярность напряжения на базовой обмотке 22 и других обмотках второго трансформатора 19 плюс на конце, минус на начале. При включении управляющего транзистора 15 полярность на обмотках первого 11 и второго 19 трансформаторов меняется на противоположную. При этом полярность плюс на начале, минус на конце у обмоток первого трансформатора 11 обеспечивается за счет протекания тока, трансформируемого из обмотки 17 в обмотку 14 по цепи: управляющая обмотка 14, первый диод 9, стабилит" рон 27. Величина напряжения стабилитрона 27 выбирается большей величины напряжения источника 24, что обеспечивает восстановление первого трансформатора 11 за время, меньшее времени его намагничивания.

Полярность плюс на начале, минус на конце у обмоток второго трансформатора 19 обеспечивается за счет приложения к базовой обмотке 22 падения напряжения на втором базовом диоде 23 и база-эмиттерном переходе силового транзистора 4 при протекании тока по цепи: базовая обмотка 22, базовый диод 23, база-эмиттерный переход силового транзистора 4.

Периодическое переключение управляющего транзистора 15 осуществляется с помощью компаратора 33 за счет охвата последнего пропорциональной положительной и интегрирующей отрицательной обратными связями. Обратные связи осуществляются с помощью управляющей обмотки 20. Для этого на пря-

1324099 мой вход 34 сравнения компаратора 33 подается через делитель напряжения на резисторах 30 и 29 часть напряжения управляющей обмотки 20, а на его инверсный вход 35 сравнения — напряжение конденсатора 28, пропорциональное интегралу напряжения управляющей обмотки 20, а следовательно, пропорциональное индукции ма.гнитопровода второго трансформатора 19, Фазировка 10 управляющей обмотки 20 выбрана такой, чтобы знак напряжения на ней сонпацал, со знаком напряжения на выходе 37 компаратора 33. Таким образом обеспечивается режим работы генератора периодических колебаний, за счет работы которого достигается перемагничивание сердечников первого 11 и второго 19 трансформаторов. Поскольку напряжение на конденсаторе 28 соот- 20 ветствует индукции нторого трансформатора 19, то при работе генератора колебаний обеспечивается изменение этой индукции в заданных пределах, определяемых параметрами схемы. Ис- 25 ключение насьпцения осуществлено за счет уменьшения напряжения на управляющей обмотке 20 в самом начале процесса насьпцения. При этом происходит корректировка момента изменения знака 30 входного напряжения компаратора 33 и за счет этого корректировка момента переключения управляющего транзистора 15, что обеспечивает реверс знака напряжения на обмотках второго транс- 35 форматора 19 и выход рабочей точки по индукции из области насыщения. Таким образом, рабочая зона по индукции второго трансформатора 19 может лишь касаться начальной области насьпцения. 40

Глубокое насьпцение исключается. При помощи второго трансформатора 19 в схеме устройства обеспечивается пропорционально-токовое управление силовым транзистором 4. Пропорциональнотоконое управление осуществляется с точностью до тока холостого тока, который при перемагничивании второго трансформатора 19 увеличивает или уменьшает ток базы, влиянием этого эффекта на практике, как правило можно пренебречь. Выключение силовой цепи коммутатора осуществляется подачей на управляющую шину 3 отрицательного напряжения. Это обусловливает наличие 55 на выходе 37 компаратора 33 отрицательного напряжения независимо от знака его входного напряжения. Управляющий транзистор 15 при этом эакрынается. После этого базовый ток протекает по цепи: базовая обмотка 22, второй базовый диод 23, база-эмиттерный переход силоного транзистора 4, до насьпцения второго трансформатора 19. После его насьпцения напряжение на базовой обмотке 22 пропадает. Базовый ток силового транзистора 4 прекращается, что приводит к его запиранию через время рассасывания. Таким образом, после момерта подачи запирающего сигнала на управляющую шину 3 до момента запирания силового транзистора 4 проходит нремя, равное времени остаточного перемагничивания вто. рого трансформатора 19 и времени рассасывания силового транзистора 4.

Однако это время небольшое и н большинстве случаев им можно пренебречь.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется экономичное пропорционально-токовое управление силовым транзистором без введения дополнительных элементов в силовую цепь переключателя, что позволяет в сравнении с прототипом, увеличить

его КПД.

Формула из обретения

Магнитно-транзисторный коммутатор, содержащий силовой транзистор и два трансформатора с обмотками базовой, управления и смещения, база силового транзистора через первый прямосмещенный диод соединена с концом базовой обмотки первого трансформатора и через второй прямосмещенный диод — с началом базовой обмотки второго, конец которой соединен с эмиттером силового транзистора, эмиттер-коллеМторная цепь которого включена в цепь нагрузки последовательно с обмоткой обратной связи второго трансформатора, резистор запирания, .включенный между базой и эмиттером силового транзистора, управлякпций транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, коллектор — с началом обмотки управления первого трансформатора, обмотка смещения которого соединена концом с началом обмотки смещения второго трансформатора, источник тока смещения, дна коммутирующих диода и управляющую входную шину, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД, в него дополнительно введены источник управляющего напряжения, компаратор, стабилитрон, конденсатор и четыре резистора, причем инверсный вход компа1324099

Составитель Л.Багян

Редактор А.Огар Техред JI.Îëèéíüèñ Корректор А.Тяско

Заказ 2972/56 Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул,Проектная, 4 ратора через конденсатор соединен с эмиттером управляющего транзистора, .первым выводом источника управляющего напряжения, общей щиной и началом управляющей обмотки второго трансформа- 5 тора, конец которой через йоследовательно соединенные первый.и второй дополнительные резисторы подключен к общей шине и через третий дополнительный резистор к инверсному входу 10 компаратора, прямой вход которого соединен с объединенными выводами перво. го и второго дополнительных резисторов, инверсный вход компаратора через последовательно соединенные четвертый 15 дополнительный резистор и второй ком8 мутирующий диод подключен к,управляющему входу компаратора, выход которого соединен с базой управляющего транзис- тора коллектор которого через последовательно соединенные первый коммутирующий диод и стабилитрон подключен к второму выводу источника управляющего напряжения и концу обмотки управления первого трансформатора, начало обмотки смещения которого через источник тока смещения соединено с концом обмотки смещения второго трансформатора, а начало базовой обмотки первого трансформатора соединено с на. чалом базовой обмотки второго трансформатора.