Переключатель напряжения на емкостной нагрузке Советский патент 1981 года по МПК H03K17/60 

(54) ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКЕ

Изобрегенне относигся к радвогехыяке, ,связанной с формированием управляющих напряжений на емкостной нагрузке, в част носги, к устройствам угфавпеняя электро- оптически и световыми затворами и дискретными дефлекторами. Известен переключатель напряжения, содержащий цепочку последова1«пьно соединенных транзисторов Ll. Однако в этом переключателе рассеивается большая мощность при переключении. Наиболее близким по техническЫ сущности и достигаемому результату к предлагаемому является переключатель напряжения на емкостной нагрузке, содержащий две группы последовательно соединен ных т1 транзисторных ключей, подключенные своими выводами к щинам источника питания, между объединенными вьтодами - -го и ()-го транзисторных ключей каждой группы включена емкостная нагрузка, а входы транзисторных ключей подсоединены к выходам схем утфавления 2. Однако в этом переключагеле велика мощность, рассеиваемая в цепях переза- рядкв емкости нагрузки при переключений на ней высокого напряжения с большей частотсЛ, Цель нзо югения - снижение потребляемой мощности. Поставленная цель достигается тем, что в переключатель напряжения на емкостной нагрузке, содержащий две труппы последовательно соединенных г транзисторных ключей, подкшоченные своими выводами к шинам источника питания, между объединенными вьшодами - -го и ( транзистсрнь1х ключей каждой группы включена емкостная нагрузка, а входы транзисторных ключей подсоединены к выходам схемы управления, введена цепь из последовательно соединенных () кснденсаторов равной емкости и 2(п-2) диодов, причем один вывод цепи соединен с земляной шиной источника пи- тания, а второй вывод соединен через соответствующие прямо включенные диоды с объединенными выводами первого и второго транзйстфных ключей каждой группы и через соответствующие обратно вклю ченные диоды - с объединенными выводами (Q-+l)-ro и (TJ- +2)-го транзистсрных ключей каждой группы, а объединенные выводы каждого i -го и ( i +1)-го последовательно соединеннъЕс конденсаторов цепи соединены через соответствующие прямо включенные дноды с объединенными въшодами ()-го и i+2)-ro транзисторных ключей каждой группы и через соответствующие обратно включенные диодъ с объединенными въюодами l- +i+D-ro н (о +1+2)-го транзисторных ключей каждой группы. На чертеже представлена принципиальна электрическая схема устройства. Устройство содержит основной источник 1 напряжения, допол11итепьные источники напряжения, роль которъ1х выполняют конденсаторы 2 и 3, напряжения на которых определяются делителем на резисторах 46, две группы последовательно соединеннъхх транзисторных ключей на транзисгс зах 712 и 13-18, между объединенными вывод ми 19 и 2О включена емкостная нагрузка 21, основные диоды 22-29 и обходные и блокирующие ДйоДы ЗО-35 и 3641 соотвегственно, которые служат для больщей надежности схемы и в принципе могут .отсутствовать. Для развязки схемы управления по постоянному току от управляющих электродов трйнзистфов 7-18 использованы трансффматфы, первичные обмотки 42-53 котфых подключены к соответствующим выходам схемы управления. Кроме как на транзисторах, ключи могут бъ1ть выполнены и на тиристфах, при этом использование диодов ЗО-35 обязательно. От схемы управления поочередно ог- . пираются сначала транзистсры 10-12, а затем транзистфы 15-13, чго приводит к последовательной ступенчатой разрядке ем кости нагрузки 21 на источники нагфяжения - конденсаторы 2 и 3, соогветственно, через диояы 24 и 25 и эагем на зем- 50 ляную щину. Вывод 20 при этом соединен с землянсй шиной через открытые диоды 33-35. Протекание обратного гока разрядзсн через транзисторы 16-18 бпсжируегся диодами 39-41. Схема может рабо- 55 тать и без диодов ЗО-41, при этом роль диодов 30-35 выполняют переходы базаколлектор транзисторов 10-12 а 16-18. Однако протекание больших обратных гоков через эти транзисторы приводит к их гдубокому насыщению, что снижает быстродействие и может вызвать перегрузку по базовым токам. Последовательность отпирания транзисторов 15-13 приводит к последовательной ступенчатой зарядке емкости нагрузки 21 через диоды 27 и 26 от конденсаторов 3 и 2, источника 1. При поступлении входньк импульсов на обмотки 48-53 отпираются поочередно транзисторы 16-18 и 9-7, что вызывает аналогичную перезарядку емкостной нагрузки 21 в обратном направлении. Данная мостовая схема реализует, прсяхесс парафазной ступенчатой перезаряд- ки емкости нагрузки через допога1ительные источники напряжения. Поскольку токи зарядки и токи разрядки емкости нагрузки 21 одинаковы по величине но обратны по направлению, весь заряд, отданнъй дополнительными источниками при зарядке емкости, возвращается в них при ее разрядке т.е. эти источники не отдают энергии,что позволяет применять в качестве них конденсаторы достаточно большой емкости (на два-три порядка большей, чем емкость нагрузки 21i. Аналогичная схема переключателя может быть построена в принципе, с любым .количеством транзисторов в высоковольтных ключах. В общем случае, если это копичество равно п , то применяют {п -1) дополнительных источников напряжения (конденсаторов),При этом заряд, отбирае д й от основного источника напряжения, меньще чем в известных переключателях, использующих только один источник напряжения, и соответственно потребление мощности в предлагаемом переключателе меньще, чем в известных мостовъгх переключателях при той же частоте переключений напряжений на нагрузке. Если напряжение каждого из дополнительных источников составляет U /п, где U - напряжение основного источника, то за полный п -ступенчатый цикл зарядки емкости нагрузки от основнсго Источника отбирается энергия, равнаяСи . (U/n)sCU /п, т.е. вп раз меньше, чем в известных переключателях с одним источником напряжения. Кроме гого, перезарядка емкости нагрузки осуществляется в два этапа; сначала происходит разрядЕШ до нуля без отбора энергии от основного исгочника, а затем зарядка током офатной полярности с отбсфом энергии ог основного источника (и то лишь на последней ступени зарядки, когда отпирается гранзистф 7 или 13). Это дает дополни