Імпульсний силовий ключ

Імпульсний силовий ключ, що містить два тиристори, аноди яких з'єднані з позитивною напругою, катод першого підключений до першого виводу навантаження, катода діода та першого виводу ємності, другий вивід ємності з'єднаний з катодом другого тиристора та першим виводом обмежуючого опору, другий вивід навантаження та анод діода підключені до негативної напруги, перший вихід формувача сигналів управління з'єднаний з входом управління першого тиристора, а другий з входом управління другого тиристора, який відрізняється тим, що в нього введені додатково два транзистори, опір, інвертор, тригер, два чекальних мультивібратори таким чином, що перший вхід тригера підключений через інвертор до першого виходу формувача, другий вихід формувача з'єднаний з входом першого чекального мультивібратора, вихід якого через другий чекальний мультивібратор з'єднаний з другим входом тригера, причому вихід тригера підключений до бази другого транзистора, емітер якого з'єднаний з базою першого транзистора та першим виводом опору, колектор першого транзистора з'єднаний з другим виводом обмежуючого опору, його емітер та другий вивід опору підключені до негативної напруги, а колектор першого транзистора підключений до позитивної напруги Винахід відноситься до засобів силової автоматики і стосується імпульсних ключів на тиристорах, які працюють при ПОСТІЙНІЙ напрузі живлення на резистивнета індуктивне навантаження ВІДОМІ статичні силові ключі на тиристорах (Книги "Управляемые полупроводниковые вентили" Ф Джентри, Ф Гутцвилер и др, "Мир" -Москва, 1967г, "Кремниевые управляемые вентилитиристоры", Технический справочник (перевод с английского) под редакцией ВЛабунцова, А Свиридова, "Энергия", -М-Л, 1964г и др), які містять у собі два тиристори, діод, накопичувальну ємність, обмежуючий опір Інтервал часу між сигналами управління - тривалість імпульса - які поступають на входи управління тиристорів, визначає час дії імпульса тока на навантаженні Недоліком пристроїв аналогів є неможливість задіяння малих тривалостей імпульсів, у зв'язку з тим, що накопичувальна ємність, за рахунок розряду якої, практично, і отримується закриття відкритого ключа через який проходить ток навантаження, повинна бути заряджена в інтервалі часу того ж імпульса Значення ємності прямо пропорційно 1 /R, де R- опір котушки індуктивності при ПОСТІЙНІЙ напрузі, Тому, при малих R величина ємності досить велика і вона не встигає повністю зарядитись через обмежуючий опір Величина обмежуючого опору в прототипах вибирається такою, щоб значення тока, який протікає через нього та другий тиристор було б менше, ніж ток утримання другого тиристора Тому зниження величини опору призводить до того, що другий тиристор після закінчення імпульса тока не закривається Так, наприклад, при задіянні індуктивного навантаження з R= 0,4Ом та постійною напругою живлення у 40В ток через котушку при сталому режимі дорівнює 100А При цьому, згідно з аналітичними висновками, ємність повинна бути С > t * 1 /R Для тиристорів з таким током значення часу виключення, звичайно, дорівнює 20 ЮОмксек, а ток утримання І ут = 50 150ма Тому діапазон значень ємності та обмежуючого опору лежить у межах С > 50 250мкф, r > U/ І ут > 270 800Ом Згідно З роботою ключа С повинна повністю зарядитись за час тривалості імпульса Тому, вважаючи, що повний заряд С відбувається за час 3RC, а також, що внутрішній опір відкритого тиристора ю 00 (О ю 56854 значно менший за величину обмежуючого опору виводу ємності, другий вивід ємності з єднаний з визначимо діапазон мінімальних тривалостей імкатодом другого тиристора та першим виводом пульса обмежуючого опору, другий вивід навантаження та анод діода підключені до негативної напруги, перт > ЗгС > 40,5 мсек 360 мсек ший вихід формувача сигналів управління з'єднаПри менших тривалостях імпульса, або при ний з входом управління першого тиристора, а менших опорах індуктивного навантаження, що другий - з входом управління другого тиристора, потребує тиристора з більшим прохідним током, і, новим є те, що в нього введені додатково два тразвичайно, більшим І ут, тиристор не зачиняється нзистора, опір, інвертор, тригер, два чекальних Використання додаткових пасивних елементів, мультивібратора Перший вхід тригера підключеяк то індуктивностей, що є складовими резонансний через інвертор до першого виходу формувача них вузлів, які допомогають більш надійно та швиДругий вихід формувача з'єднаний з входом пердко закрити ключ, не завжди придатне Так, при шого чекального мультивібратора, вихідякого чевикористанні статичного ключа в системах швидрез другий чекальний мультивібратор з'єднаний з кої автоматики, де тривалості імпульсів дорівнюдругим входом тригера Причому, вихід тригера ють кільком мілісекундам, а значення індуктивного підключений до бази другого транзистора, емітер навантаження можуть бути різними, з різними R, якого з'єднаний з базою першого транзистора та резонансна індуктивність практично, придатна першим виводом опору Колектор першого трантільки для одного типу індуктивного навантаження зистора з'єднаний з другим виводом обмежуючого За прототип прийнято імпульсний статичний опору, його емітер та другий вивід опору підклюключ, який поданий в книзі "Управляемые полупчені до негативної напруги, а колектор першого роводниковые вентили" Ф Джентри, Ф Гутцвиллер транзистора підключений до позитивної напруги и др, "Мир" -Москва, 1967г, , фіг 7 8, який містить Схема заявляемого імпульсного силового у собі два тиристори, аноди яких з'єднані з позитиключа приведена на фіг 1 вною напругою, катод першого підключений до Пристрій містить 1, 2 - тиристори, 3 - діод, 4 першого вивода навантаження, катода діода та індуктивне чи резистивне навантаження, 5 - ємпершого вивода ємності, другий вивод ємності ність, 6 - обмежуючий опір, 7,8 - транзистори, 9 з'єднаний з катодом другого тиристора та першим опір, 10 - формувач сигналів управління тиристовиводом обмежуючого опору, другий вивод наванрами, 11 - інвертор, 12,13 - чекальні мультивібратаження та анод діода підключені до негативної тори, 14 -тригер напруги Робота силового ключа виконується наступНедоліком прототипа є його мала економічним чином ність, а звідси і малий коефіцієнт корисної дії З виходу 1' формувача 10 на вхід управління (к к д) при малих тривалостях імпульса у зв'язку з першого тиристора 1 подається імпульс запуску, наступним Значення ємності у цій схемі однознаякий відкриває 1 Струм тече через навантаження чно визначається як, С ~ > t • 1/R де t - час виклю4 Одночасно, сигнал управління через інвертор чення схеми, яке повинно бути більше, ніж час 11 переключає тригер 14 таким чином, що на його відключення тиристора, а и заряд проходить через виході з'являється високий потенціал Цей потенобмежуючий опір Тому, при малих тривалостях ціал через підсилювач потужності на емітерному імпульса обмежуючий опір необхідно зменшувати, повторювачі {8, 9} подається на базу транзистора що призводить до того, що збільшується величина 7, в колекторі якого розташований обмежуючий тока в колі " другий тиристор - обмежуючий опір" в опір 6 Транзистор 7 відкривається і заходить в інтервалі часу між імпульсами При цьому, як було режим насичення При цьому ємність 5 заряджазазначено раніше, можливі випадки, коли значенється по колу тиристор 1- ємність 5 - обмежуючий ня цього тока перевершує значення тока утриманопір 6 - перехід "колектор-емітер" транзистора 7 ня тиристора, він не закривається після перезаряду ємності і по цьому колу іде великий ток Це При закінченні тривалості імпульсу, на виході значно скорочує енергію джерела живлення, на2 формувача 10 з'являється сигнал управління віть і при великих скважностях, що досить небездругим тиристором 2, який його відкриває Однопечно для автономних систем часно цей сигнал подається на запуск чекального мультивібратора 12, який виробляє імпульс триКрім того, при закритті першого тиристора ємвалістю t > t3, де t3 - час закриття даного типу тиність не тільки розряджається, але й перезаряристора 1 Через відкритий тиристор 2 ємність джається через другий, відкритий тиристор, а в починає розряджатись - перезаряджатись по колу інтервалі тривалості імпульса вона знову переза"навантаження 4 - джерело живлення - відкритий ряджається Все це призводить до додаткових тиристор 2" При цьому, в перший момент часу на втрат енергії джерела живлення катоді 1 встановлюється позитивний потенціал, В основу винаходу поставлено задачу удоскопрактично, рівний подвоєній позитивній напрузі налити імпульсний силовий ключ шляхом введенЦе призводить до того, що тиристор 1 починає ня додаткових елементів, чим забезпечується збізакриватись в інтервалі часу t3 Тому, тиристор 2 льшення к к д та економічності ключа та повинен бути відкритий, практично, тільки на час зменшення нижньої межі використовуємих триваt3, для того, щоб закрився тиристор 1 Це забезпелостей імпульса чується шляхом подовження на час t3 інтервалу Поставлена задача вирішується тим, що в імпри якому відкритий транзистор 7 Для цього, по пульсний силовий ключ, що містить у собі два тизадньому фронту імпульсу чекального мультивібристори, аноди яких з'єднані з позитивною напруратора 12 запускається чекальний мультивібратор гою, катод першого підключений до першого 13, який своїм імпульсом переключає тригер 14, і виводу навантаження, катода діода та першого 56854 на його виході з'являється низький потенціал Цей 6Ом, Ти = 2сек, t3 = 150мкс, СІ - 1 ф , де СІ - ємпотенціал через емітерний повторювач на транзиність накопичувана, Ти - період появи імпульсів х сторі 8 закриває ключ на транзисторі 8, що не дає Використовувались тиристори ТО 142-80 та транможливості протікати струму через тиристор 2 в зистор 7 - Т819 інтервалі часу між імпульсами При вищезазначених параметрах енергія на2 Таким чином, за рахунок введення нових елекопичувача складає Е= СІ* U /2 = 800дж, а енерментів досягається економічність силового ключа, гія, яка витрачається при імпульсі тока через на2 підвищення його коефіцієнта корисної дії та можвантаження El = U /RL * х = 40дж При відсутності ливість його використання при менших тривалосключа на транзисторі 7, енергія, яка витрачається 2 тях імпульса за період Ти дорівнює Е2 = U /RL * х + U /г * ( Ти Характер та часова взаємодія між сигналами х) = 533дж наведеш на діаграмах фіг 2, де по ЛІНІЯМ часу Порівняння втраченої енергії у двох випадках відкладено наступні сигнали показує, що при введенні додаткових елементів А -тривалість імпульса струму, економічність силового ключа значно підвищуєтьБ - на виході 1 формувача 10, ся Так, коли орієнтовно припустити, що корисною В - на виході 2 формувача 10, енепєю, Ек, є енергія, яка безпосередньо викорисГ - на виході чекального мультивібратора 12, товується на навантаженні 4 і яка дорівнює Ек = Д - на виході чекального мультивібратора 13, U2/RL * х = 40дж, то к к д , ті, (не беручи до уваги Е - на виході інвертора 11, втрати енергії на тиристорах, яка, орієнтовно, в 50 Ж - на виході тригера 14 разів менша за Ек) можливо визначити, як т| = Вироблений макет пристрою силового ключа Ез/Ен-Ек, де Ез- залишена в накопичувачі після перевірявся при роботі на індуктивне навантаженодного перюда енергія, Ен - енергія повністю заня від автономного джерела живлення на ємнострядженного накопичувача В нашому випадку т|1 = ному накопичувачі, при наступних параметрах 1, т|2 = 0,35, що підтверджує значне підвищення опір індуктивного навантаження 4 - 0,4Ом, х = економічності заявляемого силового ключа Юмсек, U = 40В, С = 400мкф, обмежуючий опір 6 = Фіг 1 56854 Г г. ж ФІГ Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24