Высоковольтный переключатель Советский патент 1989 года по МПК H03K17/567 

п пН Аз-d vbs «MrJ П а/-/

г/

1146

I Изобретение относится к импульс- 1ной технике и может быть использовано :в импульсных систбмах формирования ;и коммутации высоковольтн1 1Х сигналов. Цель изобретения - защита устройства от короткого замыкания нагрузки путем введения в переключатель соот- ветствующего числа блоков защиты в составе двух дополнительных транзис- торов, отсекающего диода, дифференцирующей цепи и двух дополнительных резисторов, за счет обеспечения запирания транзисторов переключателя при коротком замыкании.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема высоковольтного переключателя, содержащего, например, два идентичных звена.

Высоковольтный переключатель со- одержит N трайзисторов 1, N первых :диодов 2, каждьй из которых включен обратнопараллельно переходу база- эмиттер соответствующего транзистора 1, N первых резисторов 3, каждый из которых подключен параллельно соответствующему первому диоду 2, (N-1) вторых резисторов 4j первый вывод каждого из которых соединен с кол.пек- тором соответствунщего транзистора 1, (N-1) полевых транзисторов 5, (N-1) конденсаторов 6, (N-1) третьих резисторов 7, (N-1)втopызJ диодов 8, .(N-1) четвертых резисторов 9 и источников 10 постоянного напряжения, которые соединены последовательно и согласно, причем кажд,ая точка соединения источников 10 постоянного напряжения подключена через третий резистор 7 и второй диод 8, которые соединены параллельно, к базе соответствующего транзистора 1, Первый вывод последнего источника 10 посто-f янного напряжения через нагрузку It соединен с коллектором N-ro транзис- тора 1, а второй вьгаод первого источника 10 постоянного напряжения - с общей шиной 2. и эмиттерон первого транзистора 1, база KOTopotTo подключена к шине источника 13 управляющих сигналов. Второй вывод каждого второ го резистора 4 через конденсатор 6 и четвертый резистор 9, которые соединены параллельно, подключен к эмиттеру последующего транзистора 1. Первый и второй выводы вторых резисто ров 4 соединены соответственно с затвором- и истрком соответствующего полевого транзистора 5, а база каж

,jf

9

5

0 5 д 35

55

12

дого транзистора 1 подключена к стоку соответствующего полевого транзистора 5, Блок 14 защиты содержит первый 15 и второй 16 дополнительные транзисторы, соединенные последовательно, отсекающий диод 17, дифференцирующую цепь Т8 в составе конденсатора 19 и резистора 20, а также первый 21 и второй 22 дополнительные резисторы При этом дифференцирующая цепь ,18 включена между коллекторами последующего, и предьодущего транзисторов t в переключателе. База первого дополнительного, транзистора. t3 соединена непосредственно с катодом отсекающего диода 17 и через первый дополнительный резистор 21 соединен с затвором соответствующего полевого транзистора, 5 и эмиттерон второго дополнительного транзистора 16, база которого через второй дополнительный резистор 22 соединена с истоком полевого,транзистора 5. Коллектор первого дополнительного транзистора, .t5.соединен с бдзой соответствующего тра,нзцстора ,t переключателя. Анод отсека ощего, диода t7 подключен к среднЕ й .точке дифференцирукядей цепи 18,.,т.,е. соединен через резистор 20 с затвором-, соответствующего полевого транзистора,

Высоковольтный переключатель ра- . ботает следующим образом.

В исходном состоянии в паузах между импульрами управления транзисторы

Iзаперты,- и напряжение на нагрузке

IIотсутствует.

При поступлении положительного импульса, запуска с выхода источника 13 управляющих сигналов .на базу первого из транзисторов 1 он открьгаает- ся и протекание тока коллектора через источник 10 постоянного напряжения, первый 3 и третий 7 резисторы, переход база-эмиттер транзистора 1, второй 4 и четвертый 9 резисторы вызьгоа- ет отпирание транзистора 1. Полевой транзистор 5 запирается под действием отрицательного перепада напряжения, поступающего на его затвор с второго резистора 4.

Аналогично происходит лавинообраз- ньй процесс отпирания всех последующих транзисторов 1 и запирание полевых транзисторов 5, в результате че- го на нагрузке 11 формируются фронт и вершина выходного импульса. В течение этого време 1и происходит заряд конденсаторов 6.

В момент окончания импульса запуска на базу первого из транзисторов 1 с выхода источника 13 управляющих сигналов подается отрицатель- ньй импульс сброса. Транзистор 1 запирается, ток через второй резистор

4прекращается, и полевой транзистор Q

5отпирается, так как напряжение между его затвором и истоком становится равным нулю. При этом начинается разряд конденсатора 6 через диод

2 и полевой транзистор 5, в результа- 5 те чего на базе транзистора 1 создается отрицательный перепад напряжения, переводящий его в запертое состояние. Аналогично протекает лавинообразный процесс запирания ос- 20 тапьных транзисторов 1 и отпирание полевых транзисторов 5. В результате на нагрузке 11 формируется спад выходного импульса, а переключатель возвращается в исходное состояние. 25

При возникновении короткого замыкания (пробоя) в нагрузке 11 во время импульса к открытым транзисторам t прикладывается суммарное напряжение от источников 10, включенных о последовательно и согласно. Транзисторы переходят при этом в активный режим, и импульсная мощность, вьщеля- емая ими, резко возрастает, что может привести в пробою и последугаце- му отказу переключателя

Блок .14 защиты работает следующим образом..

При возникновении кратковременного пробоя в нагрузке 11 во время импуль- .„ са транзисторы 1 переходят в активный режим. Напряжения на коллекторах соответствующих транзисторов 1 при этом резко возрастают и, соответственно, через дифференцирующую цепЬ 18 протекает ток.

Протекание тока создает на резисторе 20 положительный импульс напряжения, который через отсекающий диод 17 поступает на базу первого дополнительного транзистора 15 и отпирает его. Протекание тока нагрузки через второй резистор 4 создает на н мпопож - гельныйимпульс напряжения,которыйче-, рез второй дополнительный резистор 22 поступает на базу второго дополнительного транзистора 16 и отпирает его. В результате при коротком замл- кании (пробое) в нагрузке t1 отпираг

45

50

5

0

ются оба дополнительных транзистора 15 и 16 в блоке 14 защиты. При этом конденсатор 6 разряжается по цепи: верхняя обкладка конденсатора 6, база-эмиттерный переход соответствующего транзистора 1,- последовательно соединенные дополнительные тран- зисторы 15 и 16, второй резистор 4, нижняя обкладка конденсатора 6. На база-эмиттерном переходе соответствую- . щего транзистора t при этом образуется отрицательный запирающий импульс, ограничиваемый по амплитуде диодом 2.

Аналогичным образом запираются и другие транзисторы t, чем и обеспечивается защита.

После этого.в силу прекращения протекания тока нагрузки через второй резистор 4 второй.дополнительный транзистор 16 опять запирается. Если импульс на .базе транзистора t еще не закончился, то транзисторы 1 вновь лавинообразно отпираются, напряжения на их коллекторах при этом резко уменьшаются. Соответственно, на ре зисторах 20 образуются отрицательные импульсы, которые благодаря отсекаю- щим диодам t7 не поступают на базы первых дополнительных транзисторов t5.

Положительный технический эффект от применения высоковольтного переключателя состоит в обеспечении его защиты при возникновении пробоя в нагрузке.

Формула изобретение

Высоковольтный переключатель, .по авт.св. t:|50752, о т л и.ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью защиты от ког: роткого за,мык5ния нагрузки, в него введены, ( -идентичшлс блоков защиты, каждый из которых содержит два, (Дополнительных транзистора, того же типа, что и транзисторы переключателя, соединенные последовательно, а также отсекающий диод, дифференцирующую цепь и два дополнительных резистора, причем дифференцирующая цепь включена между коллекторами последующего и предыдущего транзисторов переключателя, база первого дополнитель- ного транзистора соединена непосредственно с катодом отсекающего диода, анод которого соединен со средней точкой дифференцирующей цепи, а через первый дополнительный резистор - с затвором соответствующего полевого

514659916

транзистора и эмиттером второго до- полевого транзистора, коллектор пер- полнительного транзистора, база кото- вого дополнительного транзистора сое рого через второй дополнительный ре- динен с базой соответствугап(его транзистор соединена с истоком того же зистора переключателя.

Изобретение является дополнительным к авт.св. № 1150752 и может бытв использовано в устройствах импульсной техники в качестве формирователя высоковольтных сигналов..Целью изобретения является защита устройства от короткого замыкания нагрузки. С этой целью в переключатель введено соответствующее число блоков защиты 14 в составе двух дополняющих транзисторов 15, 16, отсекающего диода 17, дифференцирующей цепи 18 и двух дополнительных резисторов 21 и 22. Устройство содержит, кроМе того, транзисторы 1 в каждой ступени, диоды 2, 8, резисторы 3, 4, 7, 9, полевой транзистор 5, конденсатор 6, источники тока 10. Запирание транзисторов переключателя при коротком замыкании за счет срабатывания блоков защиты 14 ведет к защите переключателя от выхода из строя, чем обеспечивается повышение надежности устройства. 1 ил. to (Л