Магнитно-транзисторный ключ

Союз Советскнк

Социапистичесннк

Рес убпин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6} ) Дополнительное к авт. санд-ву—

{51)N. Кл.

H 03 K 17/60 (22)Заявлено 29.04.81 (21) 3284662/18-21 . с присоединением заявки М— (23) Приоритет

9куларатвеняыЯ канятат

CCCP ио делан язюбретеяяЯ я аткрытяЯ

Опубликовано 15.11 82. Бюллетень М 42 (53) ДК621. 382-. (088.8) Дата опубликования описания 15. 11.82 (72) Автор изобретения

Б. А. Глебов

Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (71) Заявитель

,54) МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ шинам 1 2).

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 - e базовой цепи (1).

« о

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 обмотки положительной и отрицательной обратных связей которого первыми выводами подключены к базе силового щ транзистора и первой управляющей шине, а вторыми выводами - соответственно к второй и третьей управляющим

Однако и это устройство не отличается высокими надежностью и КПД.

Цель изобретения - повышение 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 дополнитель3 97458 ный сердечник магнитно связан с первичной и дополнительной обмотками трансформатора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства.

Коллектор силового транзистора 1 через первичную обмотку 7 трансформатора, выполненного на первом сердеч- нике 3, обладающем линейной магнит- 16 ной характеристикой, и втором сердечнике 4, и нагрузку 5 связан с шиной

6 питания. Змиттер силового транзис— тора 1 непосредственно соединен с заземленной шиной 7, а база подключена 15 к общей точке управляющих обмоток 8 и 9 трансформатора, выводы которых соединены с выходами цепи 10 управления. Обмотка 8 является обмот,° кой положительной обратной связи ЭПОС), 3О обмотка 9 - отрицательной обратной связи (ООС). Обмотка 9 может быть многосекционной, и тогда выводы секций этой обмотки соединены с выходами цепи. управления. 25

Параллельно цепи из соединенных последовательно первичной обмотки 2. трансформатора и выходной цепи сило- вого транзистора 1 включен конденсатор 11. Параллельно конденсатору 11 включена цепь из соединенных последо . вательно дополнительной обмотки 12 трансформатора и диода 13,;

Первичная обмотка 2 и дополнитель:ная обмотка. 12 охватывают оба сердеч" ника..Управляющие обмотки 8 и 9 рас35 положены на втором сердечнике 4.

Принцип действия устройства состоит в следующем..

Когда управляющий сигнал отсутствует на входе цепи 10 управления, . последняя обеспечивает запертэе со стояние силового транзистора 1, а цепь 00С замкнута. .Поступление управляющего сигнала на вход цепи .10 управления вызывает появление 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 транзис" тора 1.

Отпирание силового транзистора 1 вызывает понижение потенциала на его коллекторе, и к первичной обмотке 2

3 4 трансформатора прикладывается напряжение. Иа дополнительной обмотке 12 при этом также возникает напряжение, которое, складываясь с напряжением на общей точке обмоток 2 и 12, обеспечивает запертое состояние диода 13.

В 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 4, на котором .расположены управляющие обмотки 8 и 9, и сердечник 3 с линейной магнитной характеристикой. Появление напряжения на первичной обмотке 2 вызывает нарастание. магнитного потока в линейном сердечнике, причем скорость роста этогопотока 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 это» го сердечника оказывается ограниченной скорость роста ИДС в этом сердечнике, создаваемой током первичной обмотки 2.

Таким образом, нарастание тока в первичной обмотке 2 м6жет 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 быстродей" ствию, 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 вы зывает в силу магнитной связи между первичной обмоткой 2 и обмоткой 8 цепи ПОС пропорциональный рост тока

5 9745 этой цепи. В результате этого, транзистор 1 поддерживается в режиме насыщения практически с самого начала нарастания коллекторного тока и до тех пор, пока по обмоткам на первич- и ной стороне протекает. ток в направлении 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 rIOC. и, наоборот, замыкается цепь.ООС, возникает ток в обмотке 9, и этот ток в силу упомянутой магнитной связи между первичной и вторич- 1з ной сторонами трансформатора пропорционален магнитодвижущей силе, создаваемой токами обмоток 2 и 12, проте-. кающими в направлении от начала к концу этих обмоток. 20

При появлении тока цепи ООС состояние силового транзистора 1 вначале

Гэ не изменяется: он остается в состоя- . нии насыщения, т. е. высокой проводимости. По выходе из режима 5 насыщения транзистор переходит в активный режим, при котором его кол- .лекторный ток начинает уменьшаться, причем уменьшение коллекторного тока происходит форсированно под действи-. З© ем тока цепи 00С.,Однако. ток цепи

ООС практически we уменьшается во время процесса запирания,. что рбусловлено энергией магнитного поля, накоп-. ленной в сердечнике с линейной магнитной характеристикой. Уменьшение тока в обмотке 2 компенсируется возрастанием тока в обмотке 1-2,. т. е.. магнитодвижущая сила, обеспечивающая протекание тока обмотки ООС, сохраня- .ется, а уменьшение ее величины по ме", ре вывода энергии из сердечника 3, за короткое время запирания силового транзистора незначительно.

Из"за наличия конденсатора 11 на- 4 пряжение 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 на" пряжение на нем поднимается медленно, чем обусловливается уменьшение потерь энергии, повышение надежности за счет уменьшения вероятности вторич" ного пробоя транзистора, уменьшение ,уровня коммутационных помех.

После эапирания силового транзистора накопленная в трансформаторе.

; энергия возвращается в источник пита. ния через цепь нагрузки, Возможна организация специальном цепи вывода накопленной энергии с помощью дополнительных рекуперационных:обмотки и диода (не показаны).

В сравнении с прототипом предлагаемый магнитно-транзисторный ключ дает возможность уменьшить потери энергии эа 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 от перегрузок по току вследствие ограничения скорости нарастания тока через сило вой транзистор, уменьшить уровень коммутационных помех в силу ограничен ной 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, вторичныв

-обмотки положительной и отрицательнои обратных связей которого первыми выводами йодключены к базе силового транзистора и первой управляющей шине, а вторыми выводами - соответственно к второй и третьей управляющим шинам, о т л и,ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, введены конденсатор, диод, до" полнительная обмотка и сердечник трансформатора, причем дополнительная обмотка и диод соединены в последовательную цепь, подключенную параллельно конденсатору, которой через первичную обмотку трансформатора подключен к эмиттерно-коллекторной цепи силового транзистора, а дополнительный сердечник магнитно свя- зан с первичной и дополнительной o6- . мотками трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

It 503364, кл. H 03 K 17/60, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

It 746935, кл. Н 03 К 17/60, 21.11.77 (прототип) °

974583

Заказ. 8735/78

Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная. 4

Составитель Л. Багян

Редактор Л. Алексеенко Техред M, Tenep Корректор В.Прохненко,