реверсивный переключатель индуктивной нагрузки

Формула изобретения

Реверсивный переключатель индуктивной нагрузки, содержащий мостовую схему на силовых транзисторах разной проводимости, базы первой пары которых соединены с выводами линейного управления и через первый и второй резисторы соединены с эмиттерами, два диода, катоды которых присоединены к первому выводу источника питания и объединенным эмиттерам первой пары силовых транзисторов, а аноды - к выводам индуктивной нагрузки, включенной в диагональ мостовой схемы, первый и второй разрядные транзисторы, эмиттеры которых через другие соответствующие диоды подключены к коллекторам силовых транзисторов и к выводам индуктивной нагрузки, первый и второй управляющие транзисторы, коллекторы которых соединены с базами первого и второго разрядных транзисторов, а через третий и четвертый резисторы соединены с коллекторами второго и первого силовых транзисторов первой пары, объединенные эмиттеры управляющих транзисторов соединены со вторым выводом источника питания и с объединенными эмиттерами второй пары силовых транзисторов мостовой схемы, базы второй пары силовых транзисторов через пятый и шестой резисторы и базы первого и второго управляющих транзисторов через седьмой и восьмой резисторы соединены соответственно с коллекторами второго и первого дополнительных транзисторов, объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов соединены с объединенными эмиттерами первого и второго ключевых транзисторов и первым выводом источника питания, базы первого и второго дополнительных транзисторов соединены соответственно с коллекторами первого и второго ключевых транзисторов, а через девятый и десятый резисторы соединены с первым выводом источника питания и через одиннадцатый и двенадцатый резисторы - соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые входы первого и второго элемента И соединены с выводами для подключения сигналов релейного управления и с входами третьего элемента И, инвертирующий выход которого соединен с объединенными вторыми входами первого и второго элемента И, отличающийся тем, что в него введены четыре дополнительных резистора, причем через первый и второй дополнительные резисторы коллектор первого и коллектор второго разрядных транзисторов соединены соответственно с базами первого и второго силовых транзисторов первой пары, а через третий и четвертый дополнительные резисторы коллектора разрядных транзисторов соединены соответственно с базами второго и первого ключевых транзисторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к электронной коммутации индуктивной нагрузки. Преимущественно предлагаемое изобретение предназначено для управления током намагничивания электромагнитов магнитных систем управления космическими аппаратами.

Известен реверсивный переключатель по авт.св. 764133, содержащий мостовую схему на силовых транзисторах разной проводимости, два диода, два разрядных транзистора и два управляющих транзистора.

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает защиту от короткого замыкания при сквозном включении силовых транзисторов мостовой схемы. Такое включение возможно при одновременной подаче управляющих сигналов или при подаче одного из сигналов до того, как произойдет разряд электромагнитной энергии после снятия сигнала с противоположного управляющего входа.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят реверсивный переключатель индуктивной нагрузки по патенту N 2079968, Российская Федерация, кл. 6 H 03 K 17/66, 1977.

Это устройство наиболее близко к предлагаемому по совокупности существенных признаков.

Устройство содержит мостовую схему на силовых транзисторах разной проводимости, два диода, катоды которых присоединены к первому выводу источника питания и объединенным эмиттерам первой пары силовых транзисторов, а аноды - к выводам индуктивной нагрузки, включенной в диагональ мостовой схемы, первый и второй разрядные транзисторы, эмиттеры которых через диоды подключены к коллекторам силовых транзисторов и к выводам индуктивной нагрузки, первый и второй управляющие транзисторы, коллекторы которых соединены с базами первого и второго разрядных транзисторов, а через третий и четвертый резисторы соединены с коллекторами второго и первого силовых транзисторов первой пары, объединенные эмиттеры управляющих транзисторов соединены со вторым выводом источника питания и с объединенными эмиттерами второй пары силовых транзисторов мостовой схемы, базы которых через пятый и шестой резисторы соединены соответственно с коллекторами второго и первого дополнительных транзисторов, коллекторы которых через седьмой и восьмой резисторы соединены также с базами первого и второго управляющих транзисторов, объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов соединены с объединенными эмиттерами первого и второго ключевых транзисторов и первым выводом источника питания, базы первого и второго дополнительных транзисторов соединены соответственно с коллекторами первого и второго ключевых транзисторов, а через девятый и десятый резисторы соединены с первым выводом источника питания и через одиннадцатый и двенадцатый резисторы - соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые входы первого и второго элемента И соединены с выводами для подключения сигналов релейного управления и с входами третьего элемента И, выход которого соединен с объединенными вторыми входами первого и второго элемента И.

Недостатком данного устройства является то, что для формирования блокировочного сигнала используется не сам разрядный ток, а падение напряжения, вызванное протеканием этого тока через нелинейный элемент - диод. Это напряжение, которое может меняться в зависимости от параметров диода и его температурного режима, сравнивается на компараторе с небольшим опорным положительным напряжением. Нестабильность падения напряжения на диоде при неблагоприятном сочетании параметров может вызвать снятие блокировочного сигнала до окончательного разряда индуктивности. Сравнение на компараторе падения напряжения на диоде с нулевым уровнем принципиально не допустимо, так как при закрытых силовых транзисторах второй пары мостовой схемы компараторы будут находиться в случайном состоянии, поскольку на первом и втором его входах присутствуют нулевые сигналы. В таком режиме компараторы могут включить одновременно первый и второй ключевые транзисторы, которые устойчиво заблокируют сигналы релейного управления на оба направления.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства и повышение надежности реверсивного переключателя.

Эту задачу предлагается решить путем формирования блокировочных сигналов выходным током разрядных транзисторов, которые непосредственно управляются током разряда индуктивной нагрузки.

Поставленная цель достигается введением дополнительных резисторов в реверсивный переключатель индуктивной нагрузки, содержащий мостовую схему на силовых транзисторах разной проводимости, базы первой пары которых соединены с выводами линейного управления и через первый и второй резисторы соединены с эмиттерами, два диода, катоды которых присоединены к первому выводу источника питания и объединенным эмиттерам первой пары силовых транзисторов, а аноды - к выводам индуктивной нагрузки, включенной в диагональ мостовой схемы, первый и второй разрядные транзисторы, эмиттеры которых через диоды подключены к коллекторам силовых транзисторов и к выводам индуктивной нагрузки, первый и второй управляющие транзисторы, коллекторы которых соединены с базами первого и второго разрядных транзисторов, а через третий и четвертый резисторы соединены с коллекторами второго и первого силовых транзисторов первой пары, объединенные эмиттеры управляющих транзисторов соединены со вторым выводом источника питания и с объединенными эмиттерами второй пары силовых транзисторов мостовой схемы, базы второй пары силовых транзисторов через пятый и шестой резисторы и базы первого и второго управляющих транзисторов через седьмой и восьмой резисторы соединены накрест с коллекторами первого и второго дополнительных транзисторов, объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов соединены с объединенными эмиттерами первого и второго ключевых транзисторов и первым выводом источника питания, базы первого и второго дополнительных транзисторов соединены соответственно с коллекторами первого и второго ключевых транзисторов, а через девятый и десятый резисторы соединены с первым выводом источника питания и через одиннадцатый и двенадцатый резисторы - соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые входы первого и второго элементов И соединены с выводами для подключения сигналов релейного управления и с входами третьего элемента И, выход которого соединен с объединенными вторыми входами первого и второго элементов И.

Согласно предлагаемому изобретению в это устройство дополнительно введены четыре резистора, причем через первый и второй дополнительные резисторы коллекторы первого и второго разрядных транзисторов соединены соответственно с базами первого и второго силовых транзисторов первой пары, а через третий и четвертый дополнительные резисторы коллекторы разрядных транзисторов соединены соответственно с базами второго и первого ключевых транзисторов.

Введение четырех дополнительных резисторов позволяет исключить узлы на компараторах и формировать блокировочные сигналы выходным током разрядных транзисторов, которые управляются непосредственно током разряда индуктивной нагрузки, а когда завершается ее разряд, снимают блокировочные сигналы одновременно с закрытием силовых транзисторов первой пары.

Авторами разработан конкретный пример исполнения (макетный образец) реверсивного переключателя индуктивной нагрузки, схема электрическая принципиальная которого представлена на чертеже.

Реверсивный переключатель индуктивной нагрузки содержит мостовую схему на силовых транзисторах 1, 2, 3, 4 разной проводимости, базы первой пары которых соединены с выводами 5, 6 линейного управления и через первый 7 и второй 8 резисторы соединены с эмиттерами, два диода 9, 10, катоды которых присоединены к первому выводу источника питания 11 и объединенным эмиттерам первой пары силовых транзисторов, а аноды - к выводам индуктивной нагрузки 12, включенной в диагональ мостовой схемы, первый 13 и второй 14 разрядные транзисторы, эмиттеры которых через диоды 15, 16 подключены к коллекторам силовых транзисторов и к выводам индуктивной нагрузки, первый 17 и второй 18 управляющие транзисторы, коллекторы которых соединены с базами первого и второго разрядных транзисторов, а через третий 19 и четвертый 20 резисторы соединены с коллекторами второго 2 и первого 1 силовых транзисторов первой пары, объединенные эмиттеры управляющих транзисторов соединены со вторым выводом источника питания 21 и с объединенными эмиттерами второй пары силовых транзисторов мостовой схемы, базы второй пары силовых транзисторов через пятый 22 и шестой 23 резисторы и базы первого и второго управляющих транзисторов через седьмой 24 и восьмой 25 резисторы соединены соответственно с коллекторами второго 27 и первого 26 дополнительных транзисторов, объединенные эмиттеры дополнительных транзисторов соединены с объединенными эмиттерами первого 28 и второго 29 ключевых транзисторов и первым выводом источника питания, базы первого и второго дополнительных транзисторов соединены соответственно с коллекторами первого и второго ключевых транзисторов, а через девятый 30 и десятый 31 резисторы соединены с первым выводом источника питания и через одиннадцатый 32 и двенадцатый 33 резисторы - соответственно с выходами первого 34 и второго 35 элементов И, первые входы первого и второго элементов И соединены с выводами для подключения сигналов релейного управления 36, 37 и с входами третьего элемента И 38, выход которого соединен с объединенными вторыми входами первого и второго элементов И.

Коллекторы первого 13 и второго 14 разрядных транзисторов через резисторы 39 и 40 соединены соответственно с базами первого 1 и второго 2 силовых транзисторов первой пары, а через резисторы 41 и 42 коллекторы разрядных транзисторов соединены соответственно с базами второго 29 и первого 28 ключевых транзисторов.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, когда на входах линейного управления 5 и 6 и релейного управления 36 и 37 нет сигналов, все транзисторы закрыты. Допустим, что на входе 36 релейного управления и на соответствующем входе 5 линейного управления появились сигналы. Тогда сигнал на входе 36 через элемент И 34 откроет транзистор 26, который в свою очередь откроет управляющий транзистор 18 и силовой транзистор второй пары 4, а сигнал на входе 5 откроет силовой транзистор первой пары 1. Через индуктивную нагрузку 12 протекает ток.

Если сигналы на входах 36 и 5 будут сняты, то транзистор 26 закроется и закроет управляющий транзистор 18 и силовой транзистор 4. За счет энергии, запасенной в индуктивной нагрузке, через резистор 19 и диод 15 потечет базовый ток разрядного транзистора 13, который через резистор 39 будет поддерживать открытым силовой транзистор 1, а через резистор 41 откроет ключевой транзистор 29. Открытый ключевой транзистор 29 заблокирует прохождение сигнала по входу 37 на базу транзистора 27. Если сигнал на входе 37 появляется в момент разряда индуктивности, он не может открыть силовой транзистор 3.

Когда разряд индуктивной нагрузки закончится, разрядный транзистор 13 закроется и закроет силовой транзистор 1 и ключевой транзистор 29. Теперь сигнал на входе 37 откроет транзистор 27, а он откроет транзисторы 17 и 3, но к этому времени силовой транзистор 1 уже закрыт, и короткое замыкание от сквозного тока не возникает.

Таким образом, введение дополнительных резисторов в коллекторную цепь разрядных транзисторов позволяет одновременно закрывать по окончании разряда индуктивной нагрузки силовые транзисторы и снимать блокировку на прохождение сигналов по входам релейного управления, тем самым упрощается устройство и повышается его надежность.