Высоковольтный твердотельный переключатель Советский патент 1987 года по МПК H03K17/687 H03K17/60 

-

Изобретение относится к электрон - ной коммутационной технике и может быть использовано в устройствах коммутации линий связи и передачи данных, выполненных, в частности,в виде больших интегральных схем,

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет осуществления изоляции по постоянному току цепей управления полевыми транзисто рами как от источников питания и управляющих сигналов, так и от источника коммутируемого высоковольтного сигнала.

Цель достигается путем введения в устройство элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ, выпрямительного мостика, разделительных конденсаторов, инвертора, диода и сглаживающего фильтра, чем обеспечивается синфазное действие помех на затворы и истоки полевых транзисторов одновременно и, следовательно, нечувствительность переключателя к помехам а также при возможности использования низковольтных управляющих сигналов для переключения высоковольтных сигналов ,

На чертеже приведена принципиальная схема переключателя.

Устройство содержит высоковольтный твердотельный переключатель 1, первый

2и второй 3 полевые транзисторы, - имеющие, например, МОП структуру, инвертор 4, первый 5 и второй 6 разделительные конденсаторы, выпрямительный мостик 7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, накопительный конденсатор 9, диод 10 и сглаживающий фильтр 11,

Затворы полевых транзисторов 2 и

3объединены и подключены к первой выходной шине 12 сглаживающего фильтра 11, истоки тех же транзисторов подключены к второй выходной шине 13 сглаживающего фильтра 11, а их стоки подключены соответственно к шинам 14 и 15 переключаемой цепи.

Вход инвертора 4 соединен с шиной 16 управления и через первый разделительный конденсатор 5 - с первым входом Г/ выпрямительного мостика 7 и с первым входом элемента ИСКПЮЧАНХЦЕЕ ИЛИ 8. Выход инвертора 4 через второй разделительный конденсатор 6 соединен с вторым входом 18 выпрямительного мостика 7 и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8.

Выпрямительный мостИк 7 содержит четыре диода 19-22, включенных по мо

10

t5

20

25

j

30

35

40

45

50

55

стовой схеме, и два резистора 23 и 24 утечки. Анод первого диода 19,. катод второго диода 20 и вывод первэго резистора 23 утечки выпрямительного мостика 7 подключен к первому входу 17 выпрямительного мостика 7. Анод третьего диода 21, катод четвертого диода 22 и первый,вывод второго резистора 24, утечки выпрямительного мостика 7 подключены к второму входу 18 выпрямительного мостика 7,

Катоды первого 19 и третьего 21 диодов выпрямительного мостика 7 соединены с первым выходом 25 выпрями- тельного мостика 7, который подключен к первой клемме 26 питания элемента ИСКПЮЧА ОЩЕЕ ИЛИ и к первому выводу накопительного конденсатора 9.

Аноды второго 20 и четвертого 22 диодов и вторые выводы резисторов 23 и 24 утечки выпрямительного мостика 7 соединены с вторым выходом 27 выпрямительного мостика 7, который подключен к второй клемме 28 питания элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 и к второму выводу накопительного конденсатора 9,

Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ В соединен с анодом диода 10, катод которого подключен к первой входной шине 29 , сглажившощего фильтра 11, вторая входная шина 30 которого подключена к второму выходу 27 выпрямительного мостика 7.

Сглаживающий фильтр 11 содержит параллельно включенные конденсатор 31 и резистор 32, первые выводы которых соединены с объединенными между собой первой входной 29 и первой выходной 12 шинами сглаживающего фильтра 11, Вторые выводы конденсатора 31 и резистора 32 сглаживающего фильтра 11 подключены к обьединенным между собой второй входной 30 и второй выходной 13 шинам сглаживающего фильтра 1 1 ,

Шина 16 управления высоковольтного твердотельного переключателя 1 подключена к выходу Логического элемента И-НЕ 33, на первый вход 34 которого подается серия синхронизирующих импульсов, а на второй вход - сигнал разрешения коммутации от переключателя 35, на первую 36, вторую 37 и третью 38 клеммы которого поданы соответственно сигналы общей шины 39, источника 40 питания и блока 41 контроля. Питание инвертора 4 и логического элемента PI-HE 33 осуществляется от источника 40 питания относительно общей шины 39.

Высоковольтный твердотельный переключатель 1 может быть конструктивно выполнен на одном полупроводниковом кристалле-чипе, напрщер, по МОП технологии.

Устройство функционирует следующим образом-.

В положении Выключено переключа-10 26 и второй 28 клеммами питания этого

таль 35 замыкается на первую клемму 36, и на соответствующий вход логического элемента И-НЕ 33 подается потенциал общей шины 39.

Синхронизирующие импульсы, посту- 5 пающие на первый вход 34 логического элемента И-НЕ 33 не проходят на его выход, подключенный к шине 16 управления высоковольтного твердотельного переключателя 1.20

Благодаря наличию разделительных конденсаторов 5 и 6 входы 17 и 18 выпрямительного мостика 7 изолированы по постоянному току от шины 16 управления, источника 40 питания и общей шины 39. При этом напряжения на накопительном конденсаторе 9 вследствие наличия резисторов 23 и 24 утечки вы- прямительн.ого мостика 7 и на конденсаторе 31 сглаживающего фильтра 11, 30 равны нулю и, следовательно, напряжение затвор - исток полевых транзисторов 2 и 3 также равно нулю.

Полевые транзисторы при этом закрыты, проводимость между шинами 14 и 35 15 коммутируемой цепи отсутствует, т.е. высоковольтный твердотельный переключатель 1 находится в разомкнутом состоянии.

В положении Включено переключа- 40 тель 35 замыкается на вторую клемму 37 (или третью клемму 38 при контрольном включении). В- результате синхронизирующие импульсы с входа 34 логического элемента И-НЕ 33 передаются 45 с инверсией на шину 16 управления и вход инвертора 4. Импульсы, сформированные на входе и выходе инвертора 4, в противофазе через разделительные

элемента.

Сигнал высокого уровня с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 проходит через диод 10, сглиживается конденсатором 31 сглаживающего фильтра 11 и поступает на затворы полевых транз-и- сторов 2 и 3 относительно потенциала их истоков. В результате полевые транзисторы 2 и 3 открываются и на их . затворах независимо от величины и знака коммутируемого напряжения поддерживается открывающий эти транзисторы потенциал. Поэтому величина открывающего напряжения между затвором и истоком полевого транзистора может быть .весьма незначительной по сравнению с величиной коммутируемого сигнала, подаваемого на шины 14 и 15 переключаемой цепи. При открытых полевых, транзисторах 2 и 3 между шинами 14 и 15 переключаемой цепи образуется низкоомная проводящая цепь и протекает ток нагрузки, т.е. высоковольтный твердотельный переключатель 1 замкнут.

I

Повышенная надежность устройства

проявляется в том, что в выключенном состоянии переключателя полевые транзисторы 2 и 3 всегда надежно закрыты, так как элемент ИСКЛЮЧАВДЕЕ ИЛИ вырабатывает открывающий- эти транзисторы сигнал только тогда, когда на его входы действуют противофазные сигналы. При наличии помехи со стороны высоковольтной коммутируемой цепи, благодаря наличию разделительных конденсаторов 5 и 6, сглаживающего фильтра 11, напряжение помехи действует синфазно на оба входа элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

17 и 18 выпрямительного мостика 7 и на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8.

конденсаторы 5 и 6 поступают на входы50 ИЛИ 8. При этом напряжение на выходе

элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ относительно второй выходной шины 13 сглаживающего фильтра 11 остается равным нулю и. Выпрямительный мостик 7 на диодах следовательно, напряжение затвор - 19-22 выполняет функцию двухполупери-55 исток полевых транзисторов 2 и 3 так- одногр выпрямителя импульсных сигна- же равно нулю, что обеспечивает их лов, поступающих на входы 17 и 18 вы- закрытое состояние. прямительнОго мостика. Б результате Повышение надежности устройства чего.несколько циклов синхроимпульсов . осуществляется также за счет того.

на накопительном конденсаторе 9 формируется напряжение, которое служит источником питания элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ работает таким образом, что, когда на его входы поступают сигналы в про- тивофазе, на его выходе формируется сигнал высокого уровня, близкий по величине к напряжению между первой

элемента.

Сигнал высокого уровня с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 проходит через диод 10, сглиживается конденсатором 31 сглаживающего фильтра 11 и поступает на затворы полевых транз-и- сторов 2 и 3 относительно потенциала их истоков. В результате полевые транзисторы 2 и 3 открываются и на их затворах независимо от величины и знака коммутируемого напряжения поддерживается открывающий эти транзисторы потенциал. Поэтому величина открывающего напряжения между затвором и истоком полевого транзистора может быть .весьма незначительной по сравнению с величиной коммутируемого сигнала, подаваемого на шины 14 и 15 переключаемой цепи. При открытых полевых, транзисторах 2 и 3 между шинами 14 и 15 переключаемой цепи образуется низкоомная проводящая цепь и протекает ток нагрузки, т.е. высоковольтный твердотельный переключатель 1 замкнут.

I

Повышенная надежность устройства

проявляется в том, что в выключенном состоянии переключателя полевые транзисторы 2 и 3 всегда надежно закрыты, так как элемент ИСКЛЮЧАВДЕЕ ИЛИ вырабатывает открывающий- эти транзисторы сигнал только тогда, когда на его входы действуют противофазные сигналы. При наличии помехи со стороны высоковольтной коммутируемой цепи, благодаря наличию разделительных конденсаторов 5 и 6, сглаживающего фильтра 11, напряжение помехи действует синфазно на оба входа элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

что все конструктивные элементы устройства могут быть выполнены на одном кристалле в виде интегральной схемы, так как устройство не содержит традиционных элементов развязки - трансформаторов или оптронов.

Максимально допустимое коммутируемое напряжение ограничено в устройстве пробивным напряжением сток - истельныи конденсатор - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и первым, входом выпрямительного мостика, а выход инвертора через второй разделительный конденсатор соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и с вторым входом выпрямительного мостика, выходы которого подключены к клеммам питания элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ,

15

ток полевых транзисторов и допустимымtO выход элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ соеди- напряжением на разделительных конденсаторах 5 и 6,

Формула изобретения

1. Высоковольтный твердотельный переключатель, содержащий первый и второй полевые транзисторы, истоки которых объединены, затворы транзисторов объединены, а стоки подключены соответственно к шинам переключаемой цепи, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности, введены инвертор, первый и второй разделительные конденсаторы, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выпрямитеЛьньш мое-- тик, диод и сглаживающий фильтр, причем вход инвертора соединен с шиной управления и через первый раздели20

25

нен с анодом диода, катод которого подключен к первой входной шине сглаживающего фильтра, вторая входная шина которого соединена с одним из выходов выпрямительного мостика, затворы полевых транзисторов подключены к первой выходной шине сглаживающего фильтра, вторая выходная шина которого соединена с истоками полевых транзисторов.

2.Переключатель по п,1, отличающийся тем, что выпрямительный мостик содержит четыре диода, включенных по схеме двухполупериодно- го выпрямителя.

3.Переключатель по п.1, о т л и - чающийся тем, что полевые транзисторы имеют структуру металл - окисел гг полупроводник.

Редактор А.Шандор

Составитель В.Лементуев

Техред М.Ходанич Корректор М.Шароши

Заказ 1224/55Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

тельныи конденсатор - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и первым, входом выпрямительного мостика, а выход инвертора через второй разделительный конденсатор соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и с вторым входом выпрямительного мостика, выходы которого подключены к клеммам питания элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ,

выход элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ соеди-

нен с анодом диода, катод которого подключен к первой входной шине сглаживающего фильтра, вторая входная шина которого соединена с одним из выходов выпрямительного мостика, затворы полевых транзисторов подключены к первой выходной шине сглаживающего фильтра, вторая выходная шина которого соединена с истоками полевых транзисторов.

2.Переключатель по п,1, отличающийся тем, что выпрямительный мостик содержит четыре диода, включенных по схеме двухполупериодно- го выпрямителя.

3.Переключатель по п.1, о т л и - чающийся тем, что полевые транзисторы имеют структуру металл - окисел гг полупроводник.

Изобретение относится к импульсной технике.. Ьжет быть использовано в устройствах коммутации линий связи и систем передачи данных. Цель изобретения - повышение надежности - достигается за счет изоляции по постоянному току цепей управления полевы- ми транзисторами 3, 5 от источников питания, управляющих сигналов и источника коммутируемого высоковольтного сигнала. Для этого в устройство введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, выпрямительный мост 7, два разделительных конденсатора 5, 6, инвертор 4, диод 10 и сглаживающий фильтр 11. На чертеже показаны высоковольтный переключатель 1, полевые транзисторы 2 и 3, инвертор 4, разделительные конденсаторы 5 и 6, выпрямительный мост 7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, конденсатор 9, диод 10, сглаживающий фильтр 11. Благодаря введенным элементам с соответствующими связями обеспечива- д ется синфазное действие помех на зат- воры и истоки полевых транзисторов, чем достигается нечувствительность переключателя к помехам. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. СО /« О Ю j: ND flT/5