Транзисторный реверсор

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к коммутационным устройствам и может быть использована для реверсивной коммутации токов в нагрузке.
Известно устройство реверсивный четырехполюсник, содержащий два релейных контакта В1 и В2, два релейных контакта H1 и Н2 и индуктивную нагрузку в виде якорной обмотки двигателя постоянного тока. При замыкании контактов В1 и В2 ток протекает через якорную обмотку двигателя (нагрузки) в прямом направлении. При замыкании контактов H1 и Н2 и размыкании контактов В1 и В2 осуществляется реверсивное подключение якорной обмотки двигателя (нагрузки), ток при этом подключении протекает в обратном направлении (Вишневский С.Н. Характеристики двигателя в электроприводе [Текст]. - 6-е изд., испр. - Москва: Энергия. 1977. - С. 84. рис. 2-22).
Описанное устройство имеет следующие недостатки: появление электрических дуг в момент размыкания группы контактов, относительно большое время коммутации, вызванное механическим замыканием группы контактов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототипом) является реверсивный транзисторный мост, выполненный на полупроводниковых ключах, в качестве которых используются четыре транзистора, два из которых - транзисторы p-n-p проводимости, остальные два - n-p-n проводимости. Транзисторы n-p-n проводимости соединены эмиттерами и подключены к минусу постоянного силового питающего напряжения, при этом транзисторы подключены к нагрузке, в качестве двух других транзисторов реверсивного транзисторного моста использованы транзисторы p-n-p проводимости, соединенные эмиттерами и подключенные к плюсу постоянного силового питающего напряжения. При этом коллекторы транзисторов противоположной проводимости объединены попарно, причем одна пара подключена к первому входу нагрузки, а другая пара подключена ко второму входу нагрузки. Базы транзисторов n-p-n проводимости через сопротивления подключены к минусу постоянного силового питающего напряжения для надежного запирания транзисторов n-p-n проводимости. Базы транзисторов p-n-p проводимости через сопротивления подключены к плюсу постоянного силового питающего напряжения для надежного запирания транзисторов p-n-p проводимости. Базы расположенных противоположно по диагонали транзисторов разной проводимости соединены посредством оптопар для открытия соответствующих транзисторов. (RU 185925 U1 МПК H02K 47/12 (2006.01), Н02М 7/162 (2006.01) от 25.12.2018)
Недостатком этого устройства является пониженная степень надежности вследствие возможного короткого замыкания силовой части схемы транзисторного реверсора из-за неправильного (одновременного) включения оптопар.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в повышении надежности путем объединения баз всех транзисторов в одну цепь управления и исключении короткого замыкания силовой части схемы транзисторного реверсора даже при случайной одновременной подаче управляющих импульсов на оптопары.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что в транзисторном реверсоре, содержащем четыре транзистора, в качестве двух из которых использованы транзисторы n-p-n проводимости и два других транзистора p-n-p проводимости, причем первый транзистор p-n-p проводимости и второй транзистор n-p-n проводимости соединены коллекторами и подключены к одному входу нагрузки, а также две оптопары и четыре резистора, согласно полезной модели, третий и четвертый транзисторы n-p-n и p-n-р проводимости, соответственно, соединены эмиттерами и подключены ко второму входу нагрузки, эмиттер первого транзистора p-n-p проводимости и коллектор третьего транзистора n-p-n проводимости подключены к плюсу постоянного силового питающего напряжения, а второй транзистор n-p-n проводимости эмиттером и четвертый транзистор p-n-p проводимости коллектором подключены к минусу постоянного силового питающего напряжения. База первого транзистора соединена с одним из выводов первого резистора, база второго транзистора соединена с одним из выводов второго резистора, база третьего транзистора соединена с одним из выводов третьего резистора, база четвертого транзистора соединена с одним из выводов четвертого резистора, второй вывод первого резистора, второй вывод второго резистора, второй вывод третьего резистора и второй вывод четвертого резистора соединены и подключены к общей точке, которая подсоединена к аноду и катоду фотодиодов соответственно первой и второй оптопар, соединенных последовательно, для открытия соответствующих транзисторов. Фотодиод первой оптопары подключен катодом к плюсу постоянного силового питающего напряжения, а фотодиод второй оптопары анодом к минусу постоянного силового питающего напряжения.
Повышение надежности устройства обусловлено тем, что базы всех транзисторов соединены в одну цепь управления, при этом использованы пары транзисторов разной проводимости, вследствие чего управляющий сигнал отпирает транзисторы только одной проводимости при автоматическом надежном запирании транзисторов противоположной проводимости.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема транзисторного реверсора; на фиг. 2 показана тактовая диаграмма работы транзисторного реверсора.
Кроме того, на чертежах используются следующие обозначения:
VT1, VT4 - транзисторы p-n-p проводимости;
VT2, VT3 - транзисторы n-p-n проводимости;
R1, R2, R3, R4 - сопротивления;
Rн - сопротивление нагрузки;
VD1, VD2 - оптопары;
«-» - минус постоянного силового напряжения;
«+» - плюс постоянного силового напряжения;
t1, t2, t3, t4, t5, t6 - моменты времени коммутации;
прямой линией со стрелкой показано прямое направление тока в нагрузке;
пунктирной линией со стрелкой показано обратное направление тока в нагрузке.
Пример выполнения транзисторного реверсора представлен на фиг. 1. Транзисторный реверсор содержит четыре транзистора: транзистор 1 (VT1) р-n-р проводимости, подключенный к плюсу постоянного силового питающего напряжения эмиттером, и транзистор 2 (VT2) n-p-n проводимости, подключенный к минусу постоянного силового питающего напряжения эмиттером, транзистор 3 (VT3) n-p-n проводимости, подключенный к плюсу постоянного силового питающего напряжения коллектором, и транзистор 4 (VT4) p-n-p проводимости, подключенный к минусу постоянного силового питающего напряжения коллектором.
Базы всех четырех транзисторов 1 (VT1) p-n-p проводимости, 2 (VT2) n-p-n проводимости, 3 (VT3) n-p-n проводимости и 4 (VT4) p-n-p проводимости через сопротивления 5 (R1), 6 (R2), 7 (R3) и 8 (R4), соответственно, подключены к общей точке 9 двух последовательно соединенных оптопар. Общая точка 9 подключена к аноду фотодиода оптопары 10 (VD1), катод которого подключен к плюсу постоянного силового питающего напряжения, а также общая точка 9 подключена к катоду фотодиода оптопары 11 (VD2), подключенного анодом к минусу постоянного силового питающего напряжения.
Коллекторы транзистора 1 (VT1) p-n-p проводимости и транзистора 2 (VT2) n-p-n проводимости объединены и подключены к первому входу 12 нагрузки 13 (Rн). Эмиттеры транзистора 3 (VT3) n-p-n проводимости и транзистора 4 (VT4) p-n-p проводимости объединены и подключены ко второму входу 14 нагрузки 13 (Rн).
Работа транзисторного реверсора происходит следующим образом.
Для прохождения тока через нагрузочное сопротивление в направлении вперед, указанном сплошной линией со стрелкой на фиг. 1, в момент времени t1 (фиг. 2) подается сигнал на оптопару 10 (VD1). Положительный сигнал отпирает транзисторы n-p-n проводимости, а именно транзисторы 2 (VT2) и 3 (VT3), при этом надежно запираются транзисторы p-n-p проводимости, а именно транзисторы 1 (VT1) и 4 (VT4). Так как транзисторы 2 (VT2) и 3 (VT3) открыты, начинает протекать коллекторный ток по следующему направлению через нагрузку 13 (Rн): плюс постоянного силового питающего напряжения, коллектор транзистора 3 (VT3), эмиттер транзистора 3 (VT3), вход 14 нагрузки 13 (Rн), нагрузка 13 (Rн), коллектор транзистора 2 (VT2), эмиттер транзистора 2 (VT2), минус постоянного силового питающего напряжения. В момент времени t2 (фиг. 2) перестает подаваться управляющий сигнал на оптопару 10 (VD1) и происходит закрытие транзисторов 3 (VT2) и 2 (VT3). Для прохождения тока в направлении назад через нагрузку 13 (Rн), указанном пунктирной линией со стрелкой (фиг. 1), в момент времени t3 (фиг. 2) подается сигнал на оптопару 11 (VD2). Отрицательный сигнал отпирает транзисторы p-n-p проводимости, а именно транзисторы 1 (VT1) и 4 (VT4), при этом надежно запираются транзисторы n-p-n проводимости, а именно транзисторы 2 (VT2) и 3 (VT3). Так как транзисторы 1 (VT1) и 4 (VT4) открыты, начинает протекать коллекторный ток по следующему пути: плюс постоянного силового питающего напряжения, эмиттер транзистора 1 (VT1), коллектор транзистора 1 (VT1), вход 12 нагрузки 13 (Rн), нагрузка 13 (Rн), эмиттер транзистора 4 (VT4). коллектор транзистора 4 (VT4), минус постоянного силового питающего напряжения. В момент времени t4 (фиг. 2) перестает подаваться управляющий сигнал на оптопару 11 (VD2), и происходит закрытие транзисторов 1 (VT1) и 4 (VT4), затем цикл повторяется. Исключено короткое замыкание силовой части схемы, поскольку ток в этом случае будет протекать по пути: плюс силового питающего напряжения, оптопара 10 (VD1), общая точка 9, оптопара 11 (VD2), минус силового питающего напряжения.
Таким образом, предлагаемый транзисторный реверсор имеет преимущество перед реверсивным транзисторным мостом, выбранным в качестве прототипа, заключающееся в повышении надежности устройства путем объединения баз всех транзисторов в одну цепь управления при использовании пар транзисторов противоположной проводимости, вследствие чего управляющий сигнал отпирает транзисторы только одной проводимости, при автоматическом надежном запирании транзисторов противоположной проводимости, а также исключении короткого замыкания силовой части схемы при случайной одновременной подачи управляющих импульсов на оптопары.