Переключатель напряжения на емкостной нагрузке Советский патент 1981 года по МПК H03K17/62 

(54) ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКЕ

Изобретение относится к радиотехнике, связанной с формированием управ ляющих напряжений на емкостной нагрузке, в частности к устройствам управления электрооптическими световыми затворами и дискретными дефлекторами. Известен переключатель напряжения, содержащий цепочку последовательно соединенных транзисторов lJ. Однако в известном устройстве рассеивается большая мощность при переключении . Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности переключатель напряжения на емкостной нагрузке, содержащий п транзисторных ключей jC-j l из которых включены последовательно между шинами цсточника питания, объединенные вывода т-го и (т + О-го последовательно соединенных транзисторных ключей подсоединены к емкостной нагрузке, и цепь из ) последовательно соединенных конденсаторов , один вывод которой соединен с об щей шиной источника питания, а другой вывод и объединенные вьшоды каждой пары последовательно соединенных конденсаторов соединены через соответствующие коммутирующие элементы с соответствуюп(ими объединенными выводами последовательно соединенных транзисторных ключей, кроме объединенных выводоб т-го и (т 4- l)-ro транзисторных ключей 2J. Этот переключатель отличается малой мощностью, затрачиваемой на Переключения из-за рекуперации энергии в цепи конденсаторов. Недостатком этого переключателя является также сложность его схемы, обусловленная большим числом коммутирующих элементов. Цель изобретения - упрощение переключателя . Для достижения поставленной цели в переключателе напряжения на емкостной нагрузке, содержащем п транзисторных ключей, ( + 1) из которых включены последовательно между шинаШи источника питания, объединенные выводы т-го и (т + 1)-го последовательно соединенных транзисторных: ключей подсоединены к емкостной нагрузке, и цепь из 1) последовательно соединенных конденсаторов, один вы вод которой соединен с общей шиной источника питания, а другой вывод иобъединенные выводы каждой пары последовательно соединенных конденсаторов соединены через соответствующие коммутирующие элементы с Соответствующими объединенными выводами последователькр соединенных транзисторных ключей, кроме объединенных выводов Т1-ГО и (т + l)-ro транзисторных-ключей, коммутирующие элементы выполнены на транзисторных ключах, причем транзисторы коммутирующих элементов, подключенных к объединенным выводам с 1-го по т-ый последовательно соединен ных транзисторных ключей, подсоединены в обратном включении, а транзисторы остальных коммутирующих элементов подсоединены в прямом включении. Кроме того.m равно целой части от i( 1). На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 пи тания, цепь 2 последовательно соедин ных конденсаторов, последовательно со единенные транзисторные ключи 3-8, и транзисторные ключи 9-12, служащие коммутирующими элементами, соединяюШ1ими выводы цепи конденсаторов 2 с объединенными выводами транзисторных ключей 3-8. Между объединенным; вьгоодом транзисторных ключей 5 и 6 и общей шиной источника 1 питания включена нагрузка 13. Для развязки управляющих электродов транзисторных ключей 3-12 от схемы управления по постоянному току использованы трансформаторы, первичные обмотки которых подключены к соответствующим выходам схемы управления. Первоначально емкость нагрузки 13 разряжена, и каждый конденсатор цепи 2 заряжен до напряжения 2 U/n, где и - напряжение источника 1 питания (для схемы, изображенной на чертеже, п 10). От схемы управления, сначала поочередно отпираются транзисторные клю чи 12, 11, 5, 4 и 3, приводит к последовательному ступенчатому заряду емкости нагрузки 13 поочередно от всех конденсаторов цепи 2, а на последнем этапе - от источника 1 питания соответственно по цепям транзисторных ключей 12-7-6, П-6, 10-5, 9-4-5 и 3-4-5. При этом ток ключей 7, 6, 10 и 9 проходит через переходы база - коллектор их транзисторов и вторичные обмотки трансформаторов. Разряд емкости нагрузки 13 происходит при последовательном отпирании от схемь управления транзисторных ключей 9, 10, 6, 7 и 8 поочередно на все конденсаторы цепи 2, а на последнем этапе - на общую шину источника питания по цепямтранзисторных ключей 5-4-9, 5-10, 6-11, 6-7-12 и 6-7-8, При этом ток ключей 5, 4, И и 12 проходит через переходы база - кп.ппектоо их транзисторов и вторичные обмотки трансформаторов. При разряде емкости нагрузки 13 в конденсаторы цепи 2 возвращается вся энергия, отобранная у них при заряде емкости нагрузки 13. Это обусловливает такую же высокую экономичность переключателя, как и известного устройства. Схема, показанная на чертеже, соответствует случаю m 3, В общем случае нагрузка 13 может быть, подключена к любым объединенным выводам транзисторных ключей 3-8. Однако надежность переключателя наибольшая, если m равно целой части от 4( - + О, так как при этом напряжение делится между транзисторными ключами наиболее равномерно. В этом случае транзисторы могут иметь меньший запас по напряжению, а если транзисторные ключи составлены для повьш1ения их рабочего напряжения из нескольких последовательно соединенных транзисторов, то можно обойтись минимальным количеством транзисторов. Преимуществом предлагаемого устройства над известным является меньшая сложность, так как общее количество транзисторных ключей в обоих схемах одинаково, но в предла гаемом устройстве отсутств тот диоды, которых в известной схемене менее (п - 2) штук. Переключатель может быть собран также по мостовой схеме, что позволяет вдвое снизить потребление энергии и напряжение питания. Формула изобретения 1. Переключатель напряжения на емкостной нагрузке, содержащий п транзисторных ключей( 1) из которых включены последовательно между шина ми источника питания, объединенные выводы т-го и (т+ i)ro последовательно соединенных транзисторных ключей подсоединены к емкостной нагрузке, и цепь из 1) последовательно соединенных конденсаторов, один вывод которой соединен с общей шиной источника питания, а другой вывод и объединенные выводы каждой пары последовательно соединенных конденсаторов соединены через соответствующие коммутирукщие элементы с соответствующими объединенными выводами последовательно соединенных транзисторных ключей, кроме объединенных вьшодов т-го и (т + 1)-го транзисторных ключей, о тличающийся тем, что, с целью упрощения переключателя, коммутирующие элементы выполнены на транзисторных ключах, причем транзисторы ком

мутирующих элементов, подключенных к объединенным выводам с 1-го по Тп-ый последовательно соединенных транзисторных ключей, подсоединены в обратном включении, а транзисторы остальных коммутирующих элементов подсоединены в прямом включении.

лой части от -j.

Источники 11нформации, принятые во внимание при экспертизе

li. Зарецкий А. А. и др. Высоковольтный ключ для привода электрооптического дефлектора .- Вопросы ради электроники, сер. ЭВТ, 1976 вып. 6. 2. Авторское свидетельство СССР . по заявке 9 2805А71/18-21, кл. Н 03 К 17/62, 06.08.79 (прототип).