Высоковольтный переключатель Советский патент 1990 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях напряжения и импульсных модуляторах различного назначения .

Цель изобретения - повышение КПД высоковольтного переключателя путем снижения потерь энергии в цепях управления переключающими ,.транзисторами.

На чертеже представлена схема . предлагаемого высоковольтного пере- ключателя,

Высоковольтный переключатель содержит М транзисторов l.l-l. ограничительных диодов 2.1-2.М, разделительный диод 3f М-1 зарядных диодов 4.1-4.(М-1), М стабилитронов 5.1-5.М М конденсаторов 6,1-б.М, нагрузку 7, первый индуктивный элемент 8 (например, дроссель), М-1 импульсных трансформаторов 9 . 1-9. (М-1 ) , каждый из которых имеет первичную и вторичную об- мотки 10 и 11, источник 12 питания, резистор 13, М-1 дополнительных индуктивных элементов 14.1-14(М-1) (например дросселей). Первичные обмотки 10 каждого из импульсных трансформаторов 9,1-9.(М-1) включены параллельно база-эмиттерным переходам соответствующих транзисторов 1.2-1.М, кроме первого транзистора 1.1. Эмиттер первого транзистора 1.1 присоединен к общей шине 15 и к первому выводу источника 12 питания. База первого транзистора 1,1 подключена непосредственно к входной шине 16 и через резистор 13 к общей шине 15. База каждого из транзисторов 1.2-1.М/, кроме первого транзистора 1.1, сое- динена с первым выводом соответствующего зарядного Диода 4.1-4.().

Каждый из ограничительных диодов 2,1 2.М подключен встречно-параллельно . переходу база-эмиттер соответствующего транзистора 1.1-1.М. Первый вывод

20

.. 25

..,. 35

40

45

50

55

первого индуктивного элемента 8 соединен с первым выводом разделительного диода 3. Первые выводы каждого из конденсаторов 6.1-6.М подключены к первым выводам соответствующих стабилитронов 5.1-5.М, Каждый из дополнительных индуктивных элементов 14.1- 14.(М-1) выключен между эмиттером соответствующего транзистора 1.2-1.М, кроме первого транзистора 1.1, и вторым выводом источника 12 питания, который соединен с вторым выводом первого индуктивного элемента 8, первый , вывод которого подключен к коллектору М-го транзистора 1.М, коллектор каждого из предыдущих транзисторов 1,1, 1,2 соединен с эмиттером последующего транзистора 1.2, 1,М через вторичную обмотку 11 соответствующего импульсного трансформатора 9.1-9.(М-1), которая включена согласно с первичной обмоткой 10. Второй вывод разделительного диода 3 соединен с первым выводом нагрузки 7 и первым выводом М-го конденсатора 6.М. Вторые выводы последующих конденсаторов 6„2-6.М и стабилитронов 5о2-5.М подключены к первому выводу предыдущего конденсатора 6.1, 6.2 и к второму выводу соответствующего зарядного диода 4.1-4.(М-1) Вторые выводы первого конденсатора 6.1 и первого стабилитрона 5 соединены с вторым выводом нагрузки 7 и общей шиной 15.

Высоковольтный переключатель работает следующим образом.

В исходном состоянии в паузах между импульсами все транзисторы 1,1-l.M заперты. Стабилитроны 5.1-5.М заперты, поскольку напряжение стабилизации у них выбирается большим, чем рабочее напряжение на конденсаторах 601-6.М,и примерно равным величине максимально допустимого напряжения коллектрр-эмиттер для транзисторов

1.1-1.М При поступлении положительного управляющего импульса на базу транзистора 1.1 он отпирается, при этом через него, обмотку 11 трансформатора 9.1 и дроссель 14.1 с большой индуктивностью L.+ от источника 12 начинает протекать ток I f1 , величина которого нарастает по пилообразному закону во времени. На обмотке 10 при JQ этом образуется напряжение Е 10 положительной обратной связи, под действием которой отпирается транзистор 1,2. Через последний дроссель 14,(М-1) и

логично указанному под действием ЭД самоиндукции, возникающей в индукти ности дросселя 14,(М-1), отпираются диоды 2.М и 4.(М-1), что приводит к запиранию транзистора ).М и переда че энергии из индуктивности дросселя 14.(М-1) в конденсаторы 6,1 и 6.2. Далее, вследствие прекращения токл через все транзисторы 1.1-J.M под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности Lg дросселя 8, отпирается диод 3 и энергия передает ся из дросселя 8 ь конденсаторы 6.1обмотку II трансформатора 9.(М-1) ана-)5 60М и в нагрузку 7. Если выполняетн индуктивности L f, ся энергия, равная

, Л1-1

и

логично указанному также начинает протекать тоь. Под действием положительной обратной святя отпирается трлпзиг тор 1,М,

ТРИ -рь уж1- через rtco M открытых и насыценных транзитгоров I.1-1.M начинает протекать от того же источника 12 ток I g чер| з индук пишигть L „ дросселя 8, которал ИМРП- меньшую величину, чем индугтпшп-: гь L J4 дрос- селей 14.1-14.(М-1). Диоды 1, 4.1- . 4„(М-) при этом запираются, ток Tg дросселя 8 продолжает нарастать, превышая по величине токи I в индук- гивностях rw 1 дросселей 14 1-1 i.(M-l)

L I4 накапливает

V2ae4+ЈL«,T.4,;

т т 2

Lf4lAL,

логично указанному под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности дросселя 14,(М-1), отпираются диоды 2.М и 4.(М-1), что приводит к запиранию транзистора ).М и передаче энергии из индуктивности дросселя 14.(М-1) в конденсаторы 6,1 и 6.2. Далее, вследствие прекращения токл через все транзисторы 1.1-J.M под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности Lg дросселя 8, отпирается диод 3 и энергия передается из дросселя 8 ь конденсаторы 6.10

5

ся условие Lj4«Lgf то напряжения Е6 на конденсаторах 6.1-6,М при одинаковой величине их емкости равны примерно , где Е7 - напряжение на нагрузке 70 Перенапряжений на транзисторах 1.1-1.М в процессе их запирания нет, так как аналогично прототипу первым запирается транзистор 1.1, далее - транзисторы 1.2 и 1,М. Если даже оказывается, что процесс выключения у одного из транзисторов, например транзистора 1.2, аномально длительный, то тогда после запирания транзистора 1.1 в устано- 0 вившемся режиме напряжение на его коллекторе не сможет стать большим, чем , так как открывается диод 4.1,

КПД предлагаемого высоковольтного переключателя выше, чем у известных, в результате снижения потерь энергии в цепях управления переключающими транзисторами.

5

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в преобразователях напряжения и импульсных модуляторах. Цель изобретения - повышение КПД высоковольтного переключателя за счет снижения потерь энергии в цепях управления переключающими транзисторами. При поступлении положительного управляющего импульса на шину 16 транзисторы 1.1 - 1.M открываются и через индуктивные элементы 8, 14.1 - 14(M-1) течет ток от источника 12 питания. При отрицательном управляющем импульсе транзисторы 1.1 - 1.M закрываются и накопленная в индуктивных элементах 8, 14.1 - 14(M-1) энергия через диоды 3, 4.1 - 4.(M-1) передается в конденсаторы 6.1 - 6.M и нагрузку 7. Управление транзисторами 1.2 - 1.M осуществляется с помощью положительной обратной связи, образованной трансформаторами 9.1 - 9.(M - 1). 1 ил.

В момент, когда энергия U достигает заданной величины, на базу транзистора 1,1 поступает отрицательный импульс сброса, под действием которого этот транзистор запирается„ Амплитуда импульса сброса ограничивается на безопасном для транзистора 1,1 уровне с помопью диода 201. Ток I через обмотку П трансформатора 9„1 прекращается, и под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности дросселя 14,1, отпираются диоды 2„2 и 4.1 (ток продолжает идти ; уже через обмотку 10). На базе транзистора 1.2 образуется в этих уело-, виях отрицательный запирающий импульс ограничиваемый по амплитуде диодом 2,2, а энергия W,. из индуктивности L дросселя с малыми потерями передается в конденсатор 6,1. Вследствие запирания транзистора 1,2 ана40

Формула изобретения

Высоковольтный переключатель, содержащий М транзисторов, М ограничительных диодов, разделительный диод

.М-1 зарядных диодов, М стабилитронов, М конденсаторов, нагрузку, первый индуктивный элемент и М-1 импульсных трансформаторов, первичные обмот-- ки каждого из которых включены параллельно база-эмиттерным переходам соответствующих транзисторов, кроме первого, эмиттер первого транзистора присоединен к общей шине и к первому выводу источника питания, база первого транзистора подключена непосредственно к входной шине и через резистор к общей шине, база каждого из транзисторов, кроме первого, соединена с первым выводом соответствующего

1554132

зарядного диода, каждый из ограничительных диодов подключен встречно- параллельно переходу база - эмиттер соответствующего транзистора, первый вывод первого индуктивного элемента соединен с.первым выводом разделительного диода, первые выводы каждого из конденсаторов подключены к первым выводам соответствующих стабилитронов, отличающий,ся тем, что, с целью повышения КПД, введены М-1 др- полнительных индуктивных элементов, каждый из которых включен между эмит- |тером соответствующего транзистора, кроме первого, и вторым выводом источника питания, который соединен с вторым выводом первого индуктивного элемента, первый вывод которого под

8

ключей к коллектору М-го транзистора, коллектор каждого из предыдущих транзисторов соединен с эмиттером последующего транзистора через вторичную обмотку соответствующего импульсного трансформатора, которая включена согласно с первичной обмоткой, второй выйод разделительного диода соединен с первыми выводами нагрузки и , М-го конденсатора, вторые выводы последующих конденсаторов и стабилитронов подключены к первому выводу предыдущего- конденсатора и к второму выводу соответствующего зарядного диода, вторые выводы первого конденсатора и первого стабилитрона соединены с вторым выводом нагрузки и общей шиной