Высоковольтный транзисторный переключатель Советский патент 1991 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в импульсных модуляторах импульсных стабилизаторах и других устройствах радиоэлектроникио

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства,,

Устройство содержит генератор 1 управляющих световых импульсов, п транзисторов 2, п формирователей 3 управляющих импульсов, п стабилитронов 4, п резисторов 5, п диодов 6, п конденсаторов 7, п дополнительных стабилитронов 8, п формирователей 9 контрольных световых импульсов, состоящих из генератора 10 световых импульсов и приемника 11 световых им- пульсов, блок 12 сравненияо

Транзисторы 2 соединены последова тельно и включены между выходной 13 и общей 14 шинами, база-коллекторный переход транзисторов 2 зашунтирован стабилитроном 4, база каждого транзистора 2 подключена к выходу соответствующего формирователя 3, эмитте каждого транзистора 2 подключен к общим выводам соответствующих форми- рователей 3 и 9, а также первым выводам соответствующих конденсатора 7 и стабилитрона 8, вторые выводы которых подключены к выводам питания формирователей 3 и 9„ Первый вывод каждого резистора 5 соединен с коллектором соответствующего транзистора 2, второй выход - с управляющим входом формирователя 9 и анодом диода 6, катод которого подключе к вторым выводам конденсатора 7 и стабилитрона 8, которые соединены параллельно.

Первый вход генератора 1 соединен с шиной 15 управления, второй вход - с выходом блока 12, а выход генератора 1 соединен с входами п формирователей 3 диэлектрическими волноводами, выходы формирователей 9 подключены к п входам блока 12, (п+1)-й вход которого соединен с шиной 15 Выход генератора 10 соединен с входом приемника 11 диэлектрическими волноводами„

Генератор 1 и генераторы 10 могут быть выполнены в виде транзисторного импульсного усилителя, нагрузкой которого является светодиод . Формирователи 3 и приемники 11 могут быть

выполнены в виде транзисторного пульсного усилителя, к входу которого подключен фотодиод. Блок 12 сравнения может быть выполнен на основе элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, например микросхем К155ЛП5.

Переключатель работает следующим образом,

В статическом режиме все транзисторы 2 закрыты,, Делитель из резисторов 5 и стабилитронов 8 обеспечивает равномерное распределение выходного напряжения по транзисторам 2„ Конденсаторы 7 заряжены до напряжения пробоя стабилитронов 8„ Генератор 1 выключен. На управляющем входе генераторов 10 присутствует напряжение высокого уровня (по величине близкое напряжению пробоя стабилитронов 8) и они также выключены. На всех входах блока 12 сравнения напряжение имеет один уровень и сигнал на его выходе равен нулю.

Поступающий по шине 15 управляющий импульс попадает на входы блока 12 сравнения и генератора 1, при этом последний включается и излучает световые импульсы, которые по диэлектрическим волноводам поступают на входы формирователей 3„ При этом диэлектрические волноводы кроме передачи мощности световых импульсов на входы формирователей 3 осуществляют также электрическую развязку формирователей 3, транзисторов 2 с генератором 1. и между собой Сигнал, поступивший на входы формирователей 3 в виде мощности светового импульса, преобразуется ими в управляющие импульсы тока, которые поступают в базы транзисторов 2. Транзисторы 2 открываются, напряжение на их коллекторах уменьшается Напряжение на шине 13, являющееся суммой напряжений на транзисторах 2, также уменьшается, при этом формируется фронт импульса на шине 13. Всякое изменение напряжения на транзисторах 2 передается через резисторы на управляющие входы генераторов 10, Уменьшение напряжения на коллекторах транзисторов 2 приводит к снижению напряжения на управляющих входах генераторов 10 до величины низ кого уровня и, вследствие этого, к включению этих генераторов и формированию ими сигналов в виде мощности световых импульсов Последние по диэлектрическим волноводам поступают на

входы соответствующих приемников 11 и преобразуются ими в импульсы напряжения. При этом диоды 6 исключают разряд конденсаторов 7 через резисторы 5 и далее через открытые транзисторы 2, а также обеспечивают снижение напряжений на управляющих входах генераторов 10 до величины низкого уровня при открывании транзисторов 2„ Ли- Q электрические волноводы обеспечивают электрическую развязку генераторов 10 с приемниками 11 и между собой„ Таким образом на входы блока 12 сравнения поступают импульсы контроля напряжения 5 2

ключения его. Таким образом исключа ется возможность развития лавинного процесса выхода элементов устройств из строя при возникновении сбоев в его работе или отказе отдельных эле ментов. При этом кратковременные пе напряжения транзисторов 2 устраняют работой стабилитронов 4.

В предлагаемом высоковольтном транзисторном переключателе источники питания управляющих база-эмиттер- ных цепей последовательно соединенны транзисторов 2 выполнены в виде нако пительных конденсаторов 7, подключен ных через резистор 5 и диод 6 параллельно каждому транзистору. При этом время наличия управляющего импульса на шине 15 и нахождения переключатена транзисторах 2, фронт каждого из которых совпадает с моментом открывания соответствующего транзистора 2.

В момент окончания управляющего импульса на шине 15 генератор 1 выключа-20 ля, а следовательно, и транзисторов етсяо Поступление световых импульсов 2 в проводящем состоянии происходит на входы формирователей 3 прекращается, частичный разряд накопительных кон- что приводит к окончанию импульсов тока с выходов этих формирователей в базы транзисторов 2. Транзисторы 25 2 закрываются, напряжение на их коллекторах начинает увеличиваться, при

денсаторов 7 потребителями, Воспол- некие этих потерь заряда происходит паузе между импульсами, когда транзисторы 2 закрыты Приемлемая глубин частичного разряда может быть достиг нута выбором величины накопительных конденсаторов 7, а полное восполнение в паузе между импульсами потерь заряда на этих конденсатора 7 - выбором постоянной времени заряда, которая определяется величиной сопротивления резисторов, включенных после-, довательно с этими конденсаторами Такое выполнение в переключателе индивидуальных, электрически развязанных между собой источников питания для управляющих цепей последовательно соединенных транзисторов свело к незначительной величине паразитную емкость коллекторно-эмиттерной цепи каждого транзистора, которая затяги вает коммутацию. Включение всех тран зисторов в устройстве происходит одновременно, при этом время коммутаци переключателя не превышает времени включения отдельного транзистора.

этом формируется спад импульса на шине 13. Конденсаторы 7, частично разрядившиеся за время наличия импульса токами питания формирователей 3 и генераторов 10, начинают дозаряжатъ- ся токами через резисторы 5 и диоды 6 до напряжения пробоя стабилитронов 8. Таким образом спад каждого импульса контроля напряжения на транзистора 2 также совпадает с моментом закрывания соответствующего транзистора„ Далее работа устройства повторяется в изложенной последовательности.

В процессе работы устройства блок 12 сравнения осуществляется по поступающим на входы контрольным импульсам непрерывный контроль взаимной синхронности коммутации транзисторов 2 и синхронности с управляющим импульсом, поступающим по шине 15. При нормальной работе устройства напряжение на выходе блока 12 сравнения отсутствует. При появлении сбоя или отказа в работе отдельных элементов устройства (например, формирователя 3), приводящего к возникновению асинхронизма в коммутации транзисторов 2 как между собой, так и относительно полученного устройством управляющего импульса, на выходе блока 12 сравнения появляется сигнал Этот сигнал поступает на второй вход генератора 1 для выключения его. Таким образом исключается возможность развития лавинного процесса выхода элементов устройства из строя при возникновении сбоев в его работе или отказе отдельных элементов. При этом кратковременные пе- напряжения транзисторов 2 устраняются работой стабилитронов 4.

В предлагаемом высоковольтном транзисторном переключателе источники питания управляющих база-эмиттер- ных цепей последовательно соединенных транзисторов 2 выполнены в виде накопительных конденсаторов 7, подключенных через резистор 5 и диод 6 параллельно каждому транзистору. При этом за время наличия управляющего импульса на шине 15 и нахождения переключателя, а следовательно, и транзисторов 2 в проводящем состоянии происходит частичный разряд накопительных кон-

ля, а следовательно, и транзисторов 2 в проводящем состоянии происходит частичный разряд накопительных кон-

денсаторов 7 потребителями, Воспол- б некие этих потерь заряда происходит в паузе между импульсами, когда транзисторы 2 закрыты Приемлемая глубина частичного разряда может быть достигнута выбором величины накопительных конденсаторов 7, а полное восполнение в паузе между импульсами потерь заряда на этих конденсатора 7 - выбором постоянной времени заряда, кото рая определяется величиной сопротивления резисторов, включенных после-, довательно с этими конденсаторами Такое выполнение в переключателе индивидуальных, электрически развязанных между собой источников питания для управляющих цепей последовательно соединенных транзисторов свело к незначительной величине паразитную емкость коллекторно-эмиттерной цепи каждого транзистора, которая затягивает коммутацию. Включение всех транзисторов в устройстве происходит одновременно, при этом время коммутации переключателя не превышает времени включения отдельного транзистора.

Наличие в устройстве системы автоматического контроля работы транзисторов и защиты обеспечивает высокую надежность работы устройства, не ухудшая его коммутационных характеристик

i Формула изобретения

Высоковольтный транзисторный переключатель, содержащий п последова-

тельно соединенных между выходной и обшей шинами транзисторов, формирователь управляющих импульсов, п резисторов, п диодов, п конденсаторов и п стабилитронов, о тлич а ю щ и и - с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности работы, введены генератор управляющих световых импульсов, (п-1) формирователей управляющих импульсов, п формирователей контрольных световых импульсов, блок сравнения, п дополнительных стабилитронов, при этом база-коллекторный переход каждого транзистора за- шунтирован стабилитроном, база каждого транзистора подключена к выходу соответствующего формирователя управляющих импульсов, эмиттер каждого транзистора подключен к общим выводам соответствующих формирователя управляющих импульсов и формирователя кон7 трольных световых импульсов, а также первым выводам соответствующих конденсатора и дополнительного стабили-

трона, вторые выводы которых подключены к выводам питания формирователя управляющих импульсов и формирователя контрольных световых импульсов, первый вывод каждого резистора соединен с коллектором соответствующего транзистора, второй вывод - с управляющим входом формирователя контрольных световых импульсов и анодом диода, катод которого подключен к вторым выводам конденсатора и дополнительного стабилитрона, которые соединены параллельно, первый вход генератора управляющих световых импульсов соединен с шиной управления, второй вход с выходом блока сравнения, а выход генератора соединен с входами п формирователей управляющих импульсов диэлектрическими волноводами, выходы п формирователей контрольных световых импульсов подключены к п входам блока сравнения, (п-М)-й вход которого соединен с шиной управления.

Изобретение относится к импульсной технике, использовано в импульсных модуляторах и стабилизаторах, Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы, Устройство содержит п транзисторов 2, п формирователей 3 управляющих импульсов, п стабилитронов 4. В устройство введены генератор 1 управляющих световых импульсов, п резисторов 5, п диодов 6, п конденсаторов 7, п дополнительных стабилитронов 8, п формирователей 9 контрольных световых импульсов, блок 12 сравнения. Поставленная цель достигается за счет наличия в устройстве системы автоматического контроля работы транзисторов i и их защиты при возникновении перена- пряжения. 1 ил„ -о И (Л а с«. sj