SU1150753A1 - Магнитно-транзисторный ключ - Google Patents

Abstract

1. МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий N силовых транзисторов , коллекторы которых через первичные обмотки трансформаторов соединены с первым выводом общей нагрузки, второй .вывод которой подключен к первой шине источника питани , втора  шина которого соединена с эмиттерами силовых транзисторов, базы которых подключены к выходу управл емого источника сигнала, вход которого соединен с первым выходом блока управлени , ключевые элементы, первые силовые выводы которых соединены с второй шиной источника питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности ключа, в него введены дополнительный сердечник с расположенными на нем обмотками положительной и отрицательной обратной св зи и короткозамкнутый контур, причем общий вывод обмоток положительной и отрицательной обратной св зи соединен с базами силовых транзисторов , другие вьшоды указанных обмоток соединены с вторыми силовыми выводами соответствующих ключевых элементов, управл ющие входы которых сл соединены с соответствующими выходами блока управлени , а короткозамкнутыйй контур магнитно св зан со всеми сердачниками . 2. Магнитно-транзисторный ключ, отличающийс  тем, что короткозамкнутый контур выполнен в ел виде полого цилиндра с верхним.и нижним отверсти ми, соединенными между -si собой стержнем, причем полый цилиндр, 01 основание и стержень выполнены из 09 материала с высокой проводимостью, а стержень проходит через окно каждого из сердечников;

Description

Изобретение относитс  к импульсно технике, в частности к магнитно-тран зисторным ключевым устройствам, и может быть использовано в системах управлени  и регулировани . Известен транзисторный ключ, состо щий из N транзисторов, выходные цепи которых соединены параллельно, а входные цепи через токоограничивагощие резисторы подключены к дополнительным источникам сигналов отпирани  и запирани  . Недостатками известного устройств  вл ютс  значительные потери энергии в токоограничивающих резисторах, и неравномерность распределени  токо в выходные центры силовых транзисторов из-за разброса их параметров, что снижает надежность устройства. Наиболее близким к изобретению  вл етс  магнитно-транзисторный ключ содержащий N силовых транзисторов, коллекторы которых через первичные обмотки N трансформаторов соединены с первым выводом общей нагрузки,, второй вывод которой подключен к первой шине источника питани , втора шина которого соединена с эмиттерами силовых транзисторов, базы которых подключены к выходу управл емого источника сигнала, вход которого соединен с первым выходом блока управлени , ключевые элементы, первые силовые выводы которых соединены со второй шиной источника питани  причем св зь между баз силовых транзисторов с выходом управл емого источни ка сигнала осуществлена через соединенные последовательно обмотки положительной обратной св зи, намотанные на N трансформаторах С2. Недостаток . известного устройства - низка  надежность, св занна  с нарушением равномерности токораспределени  между силовыми транзисторами при насыщении сердечников трансформа торов тока. Цель изобретени  - повышение надежности . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в магнитно-транзисторный ключ, содержащий N силовых транзисторов , коллекторы которых через первичные обмотки трансформаторов соеди иены с первым выводом общей нагрузки второй вьшод Которой подключен к первой щине источника питани , втора шина которого соединена с эмиттерами 1 53I силовых транзисторов, базы которых подключены к выходу управл емого источника сигнала, вход которого соединен с первым выходом блока управлени , ключевые эмиттеры, первые силовые выводы которых соединены с второй шиной питани , введены дополнительньш сердечник с расположенными на нем обмотками положительной и отрицательной обратной св зи и короткозамкнутый контур, причем общий вывод обмотки положительной и отрицательной обратной св зи соединен с базами силовых транзисторов, другие выводы указанных обмоток соединены с вторьми силовыми выводами соответствующих ключевых элементов, управл ющие входы которых соединерш с соответствующими выходами блока управлени , а короткозамкнутый контур магнитно св зан со всеми сердечниками. Кроме того, короткозамкнутый контур выполнен в виде полого цилиндра с верхним и нижним основани ми, соединенными между собой стержнем, причем польш цилиндр,.основание и стержень выполнены из материала с высокой проводимостью, а стержень проходит через окно каждого из сердечников . На фиг.1 представлена принципиальна  эпиотрическа  схема предложенного устройства; на фиг.2 - конструкци  короткозамкнутого контура, магнитносв занного со всеми сердечниками, в виде полого цилиндра. Устройство содержит первую и вторую шины 1 и 2 источника питани , нагрузку 3, блок 4 управлени , управл емый источник сигнала, выполненный в виде управл емого ключа 5 и источника 6 отпирающего смещени , первый и второй ключевые элементы 7 и 8, первьй силовой транзистор 9, второй силовой транзистор 10, N-й силовой транзистор 11, сердечник 12 первого трансформатора, сердечник 13 второго трансформатора, сердечник 14 N-ro трансформатора, дополнительный сердечник 15, первичную обмотку 16 первого трансформатора, первичную обмотку t 7 второго трансформатора, первичную обмотку 18 N-ro трансформатора, короткозамкнутый контур 19, магнитно св занный с сердечниками 12, 13, 14 и 15, обмотку 20 положительной обратной св зи, обмотку 21 отрицательной обратной св зи. К первой и второй шинам 1 и 2 источника питани  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 нагру ки соединен первой шиной 1 источник питани . Эмиттеры силовых транзисторов 9, 10 и 11 подключены к второй шине 2 источника питани , а базы их соединены с выходом управл емого источника сигнала, выполненного в вид управл емого ключа 5 и источника 6 ,отпирающего смещени . Вход управл емого ключа 5 соединен с первым выход блока управлени  4. К второй шине 2 источника питани  подключены первые силовые электроды ключевых элементов 7 и 8, а их управл ющие электроды соединены с соот ветствующими выходами блока управлени  4. Дополнительный сердечник 15 и сер дечники 12, 13 и 14 трансформаторов магнитно св заны с короткозамкнутым контуром 19. На дополнительном сердечнике 15 расположены обмотки 20 и 21 положительной и отрицательной обратной св зи, общий вывод которых соединен с базами силовых транзисторов 9, 10 и 11, а другие выводы этих обмоток - с вторьши силовыми электродами ключевых элементов 7 и 8 Короткозамкнутый контур 19, св занный магнитно с сердечниками 12, 13 и 14 трансформаторов, на которых расположены первичные обмотки 16, 17 и 18, а также св заиньш магнитно с дополнительным сердечником 15, на котором расположены обмотки 20 и 21 положительной и отрицательной обратной св зи, содержит верхнее и нижнее основани  22 и 23, цилиндр 24 и стержень 25, выполненные из токопровод щего материала. Сердечники 12, 13, 14 и 15 с размещенными на них обмотками расположены внутри цилиндра 24 между верхним и нижним основани ми 22 и 23, которые соединены между собой стержнем 25. Соединение может быть выполнено резьбовым. Выводы обмоток выведены через щель в боковой поверхности цилиндра или через отверсти . Основани  22 и 23, цилиндр 24 и стержень 25, образующие коррткозамкнутьш контур 19,  вл ютс  по существу одновитковой обмоткой дл  всех сердечников 12, 13, 14 и 15. Принцип действи  устройства состоит в следующем. При поступлении команды с блока управлени  4 одновременно отпираетс  первый ключевой элемент 7 и запираетс  второй ключевой элемент 8. При этом небольщой отпирающий ток от управл емого источника сигнала поступает в объединенные базы силовых транзисторов 9, 10 и 11, что приводит к приотпиранию транзисторов. Небольшие коллекторные токи транзисторов 9, 10 и 11, протека  по первичным обмоткам 16, 17 и 18, намотанным соответственно на сердечниках 12, 13 и 14, навод т на них ЭДС, которые, трансформиру сь в дсороткозамкнутый контур 19, вызывают протека.ние по ней тока (контур 19  вл етс  вторичной обмоткой одновременно дл  обмоток 16, 17 и 18). В свою очередь контур 19  вл етс  первичной обмоткой по отношению к обмоткам 20 и 21, намотанным на дополнительном сердечнике 15. Поэтому ЭДС в свою очередь навод тс  и на обмотках 20 и 21. Первый ключевой элемент 7 сейчас открыт , поэтому по цепи обмотка 20 базоэмиттерные переходы транзисторов 9, 10 и 11 - ключевой элемент 7, начинает протекать ток, который, складыва сь с током источника 6 отпирающего смещени , увеличивает базовые токи силовых транзисторов, а следовательно , и коллекторные токи, что приводит к дальнейшему увеличению тока в обмотке 19 и т.д. Лавинообразный процесс нарастани  тока заканчиваетс , когда ток в нагрузке 3 достигает значени , определ емого напр жением питани , величиной нагрузки, напр жением насыщени  транзисторов 9,10 и 11 и падением напр жени  на обмотках 16, 17 и 18. Во врем  включенного состо ни  ключа ток положительной обратной св зи, протекающий по обмотке 20, пропорционален току в короткозамкнутом контуре 19, которьй в свою очередь определ етс  величиной токов, протекающих по обмоткам 16, 17 и 18, и соотношением чисел витков обмоток f6, 17 .и 18 и контура 19. Так как обмотка контура 19  вл етс  вторичной одновременно по отношению ко всем обмоткам 16, 17 и 18, то при равенстве количества витков в обмотках 16, 17 и 18 по ним будет протекать одинаковый ток, т.е. коллекторные токи силовых транзисторов 9, Ю и 11 принудительно выравниваютс , устран   возможность перегрузок отдельных прибо.ров. При поступлении команды с устройства управлени  4 ключевой элемент 7 запираетс , ключевой элемент 8 и управл емый ключ 5 отпираютс . При этом ток источника отпирающего смещени  шунтируетс  управл емым ключом 5, а ток из обмотки 20 переключаетс  в обмотку 21. Ток обмотки 21 также пропорционален токам в обмотках 16, 17 и 18, но дл  силовых транзисторов 9, 10 и 11 он  вл етс  запирающим током. После рассасывани  избыточного зар да транзисторы 9, 10 и 11 запираютс , при этом ток по нагрузке 3 перестает протекать (ключ запираетс ). Заметим, что на этапе рассасывани  избыточного зар да . коллекторные токи транзисторов 9,10 и 11 также принудительно выравниваютс .

Один из ключевых управл ющих элементов 7 и 8 может быть сделан неуправл емьм (диод) и принцип действи устройства при этом не изменитс .

Наиболее удобным  вл етс  выбор .количества витков обмотки контура 19

равного единице. При этом наиболее технологичным  вл етс  выполнение короткозамкнутого витка в виде полого цилиндра с верхним и ниж)шм основани ми , соединенными стержнем, как показано на фиг.2.

Указанный короткозамкнутый контур 19 может,быть также выполнен в виде короткозамкнутой многовитковой обмотки , намотднной 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 N соединенных параллельно по входу транзисторах принудительно выравниваютс  на всех этапах протекани  тока нагрузки , что повышает надежность устройства по сравнению с прототипом. Кроме того, при увеличении длительности управл ющего сигнала по мере насьщени  дополнительного сердечника базовые токи силовых транзисторов уменьшаютс , что приведет в конечном итоге к выключению ключа, последующему выводу энергии из магнитных элементов и повторному включению устройства , если отпирающий импульс продолжает действовать.

Claims (2)

1. МАГНИТНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ, содержащий N силовых транзисторов, коллекторы которых через’ первичные обмотки трансформаторов соединены с первым выводом общей нагрузки, второй вывод которой подключен к первой шине источника питания, вторая шина которого соединена с эмиттерами силовых транзисторов, базы которых подключены к выходу управляемого источника сигнала, вход которого соединен с первым выходом блока управле ния, ключевые элементы, первые силовые выводы которых соединены с второй шиной источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности ключа, в него введены дополнительный сердечник с расположенными на нем обмотками положительной и отрицательной обратной связи и короткозамкнутый контур, причем общий вывод обмоток положительной и отрицательной обратной связи соединен с базами силовых транзисторов, другие выводы указанных обмоток соединены с вторыми силовыми выводами соответствующих ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления, а короткозамкнутыйй контур магнитно связан со всеми сер- ’ денниками.

2. Магнитно-транзисторный ключ, отличающийся тем, что короткозамкнутый 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;

SU ,„1150753

1150753 1