Многоканальный коммутатор Советский патент 1982 года по МПК H03K17/567 

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОММУТАТОР

1

Изобрегение относится к коммутационной тезшике к может быть использовано в устройствах автоматического управления.

Известен многоканальный коммутатор, который содержит ячейки, выполненные на тиристорах с анодными резисторами и вторичной обмоткой импульсного трансфсрматора в цепи управляющего электрода,тра зисторы прямого и обратного счета. ПерШ1чные обмотки трансформаторов подк иочены к коллекторам транет1сторов через управляющие диодtJ l.

Однако известный многоканальный коммутатор обладает недостаточно высоким быстродействием и не обеспечивает раз- jj вязку шин коммутируемьк сигналов.

Известен также многоканальный коммутатор, содержащий в каждом канале запираемый тиристор, включенный в диагональ диодного места, коммутируемые го шины и нагрузку, подклкненные к другой диагонали диодного моста, анод запираемого тиристора подключен к положительной шине источника смещения через первый развязывакшшй диод в обратном направлении, а катод - к отрицательной ши не через резистор и второй развязьюакяций диод в прямом направлении, схему управления на двух МДП-транжсторах, резисторе н диоде 2J.

Недостатками известного многоканального коммутатора являются малая допустимая частота переключения каналов коммутатора нз-за относительно большого Времени выключения канала и его зависимости от величины коммутируемых токов переключаемых каналов, а также малая помехозащищенность коммутатора относительно малого входного сопротивления цепи включения и большого цепи выклочения запираемого тиристора последующего канал.

Цель изобретения - увеличение допустимой частоты переключения каналов и помехозащищенности коммутатора.

Указанная цепь достигается тем, что в многоканальный коммутатор содержащий в каждом канале запираемый тирисгор, анодом тоаключенный к общим кагоцам диодов диодаогх) моста, коммутируемые ишны и нагрузку, подключенные к другой циагшатш диодного моста, первый развязывающий дисо, включенный меж 5 плюсовой шиной источника смещения и анодом запираемого тиристора в прямом направлении, второй развязывающий диод, подключенный катодом к -минусовой шине источника смещения, схему управления, вы- попненную на двух МДП-транаисторах и третьем диоде, причем исток первого и сток второго МДП-транзисторов подключены к угфавпякшему электроду запираемого тиристора, сток и затвор первого 15 МДП-транзистора - соответственно к общей шине тактовых импульсов и к катоИУ запираемого тиристора предыдущего канала через третий диод в прямом направлении, а затвор второго МДП-транзисто- 20 ра - к катоду запираемого тиристора последующего канала, в каждый канал введены четвертый диод и управляемое сопротивление, которое включено межцу катодом запираемого тиристора и анодом второго 25 развязывающего диода и состоит из двух последшательно-параллельньос цепей - ис-, ток-сток третьего МДП-транаистора, первый и второй резисторы и исток-сток четвертого МДП-транзистора и третий решс-зо тор, причем затвср четвертого МДП-трйнзистора соединен со стоком третьего МДП-1 транзистора другой последовательной депи, а исток-затвор третьего МДП-транзисгора к анод-катод четвертого диода вклю- д чены параллельно и подключены, соответственно, к катоду запираемого тиртстора и ойцим анодом диодш диодного моста, средняя точка соединения первого и второго резисторов подключена нк истоку второго .40 МДП-транаистора.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема многоканального KOMMyiaTOpa.

Многоканальный коммутатор содержит 5 запираемые тиристором 1,1-1.И , анода ми подключенные к общим катодам ш содоё 2,1-2, VI , 3,1-3. И, диоды 4,1-4, П , 5,1- 5.И , Коммутируемые шины 6,1--6. и 7,1 - . а также нагрузки 8,1- 50 8, VI , подключенные к риагонали диодов 3,1 - 3, VI , 4,1 - 4, И 2,1 2, V и 5,1 - 5 п диодных мостов, первые рао&яэываюише диоды 9.1 - 9.п. включенные между плюсовой шиной 10 55 источника смещения +Н и анодами запира- емьсг тиристоров 1,1 - L в прямом аапра&пении, вторые развязывающие диоды

11,1-11, VI, катодами подключенные к минусовой шине 12 (вход) источника смещения +Е, схему управления, выполненную на первых 13.1-13. VI и Вторых 14.114,V) МДП-транзисторах с индуцированными ц Каналами и третьих диодах 15,115.VI , причем истоки первых 13.1-13.V и стоки вторых 14. l-1411MДП-тpaнзиcтopoв подключены к управляющим аяе ктродам запираемых тиристоров 1,1-1И стоки и затвс ы первых МЙП«/гранаисторов 13,1 - 13,И подключены, соответственно, к общей шине 16 тактовых импульсов и к катодам запираемых тиристоров 1.V1, 1.1-1.VI I предыдущих каналов через третьи диоды 15.1-15. Vv в прямом направлении, а затворы вторых МДП-трйнаисторов 14.1 - 14. vi подключены к катодам запираемых тиристоров 1.2 - l.h, послес поших каналов, катоды запираемых тиристоров 1.1 - l.v подключены к обпшм анодам диодов 4,1 - , 5.1 - 5. V) диодных мостов через четвертые диоды 17.1-17. VI в прямом направлении и к анодам вторых развязывающих диодов 11.1-11. Vi через параллельные цепи ис- ГОКИ-СТОКИ третьих МДП-транаасторов 18.

Управляющий электрод запираемого тиристора 1.1 соеринен с клеммой 23 (входом) приведения коммутатора в исходное состояние.

Управляемые сопротивления изменяют свое сопротивлеиие в зависимости от величины напряжений щнны тактовых импульсов 16 или напряжения на клемме приведения кс 4мутатора в исходное состояние 23, коммутируемых и запирающих токов ти1жсторов 1.1-1.VI.

Многоканальный коммутатор работает следующим обрааом. Коммутируемые напряжения произвольной формы поцаюгся на шины 6.1-6.И 7.1-7.V и через нагрузки 8.1-8.VI посту пают на вторые пиагсянали пиояных мосто Для приведения коммутатора в исходнее состояние на входы 23, 12 подается импульс включения первого канала. В исходаом состоянии все тиристоры 1.1 -1.И заперты. Сигналы, подаваемые на кагруз ку 8,1-8.М, не проходят. Положительное напржисение импульса включения первого канала (KiieikMa 23) через управляемый электрод-катод запираемого тиристора l.t прикладывается к истокам МДП-тран аксторов 18.1, 21.1, а минус (клемма 12) через диод 11.1 к резисторам 20,1 и 22,1 управляемого сопротивления. При отсутствии напряжения на диоде 17.1, а следовательно, и на затворе МДП-транзистора 18.1, МДП-транзистор 18.2 ЗЕ Крыт и все напряжение импульса включения приложено меж):у истоком и стоком (истоком и затвором) МДП-транзистора 18.1 (21,1). Есщ это напряжение Uc порги МДП-транзистор 21.1 также будет закрыт, ток включения угфав ляюшего электрода, запираемого тиристор будет очень мал и включение канала не Происходит. В с чучае, если напряжение импульса включения Uc Unopi-H МДП-транаистор 21.2 открывается. Величина управляемого сопротивления резко уменьшается и тиристор 1.1 включается. При открывании тиристора 1.1 через него протекают гок смещения по цепи: +Е, клемма 1О, диод 9, диод-катод тиристора, 1.1, исток-сток МДП-трацзистора 2l.lj резистор 22.1, диод 11.1, клем ма 12. - Е и ток коммутируемого сигнала по депи: + Оц, клемма 7,1, нагрузка 8.1, диод 3,1, анод-катод тиржстора 1.1, диод 17,1, виод 5.1, клемма 6.1,UK . При малой величине тока нагрузки (например, мала емкостная, нагрузка) напряжение на диоде 11.1 менее порогового напряжения (Уд Jnopf0) МДП-транзистора 18.1 и запираемого тиристора 1.1 равен сумме протекающих токов. При большой величине нагрузки (большая емкостная нагрузка) напряжение на диоде 17.1 становится более порогового ( пор 161 ) МДП-транзистора 18|1 и МДП-транзистора 18.1 открывается.Напряжение исток-сток (исток-затвор) МДПтранзистор 18.1 (21.1) уменьшается и МДП- гранзистор 21.1 п якрывается, уменьшая тем самым ток смещения. При токе диода 17.1 менее максимально запираемое тока тиристора I, I ) и более трка его ЮП М 1тпр 10Х1 «« Р«««ЬАркания ние на диШе таково, чтообёспечивается надёжное закрытие МДП-транзистора 21,1. Суммарный ток тиристора 1.1 становится равный.току коммутируемого сигнала, т.в, 1тпрта 1тпр«,о,,г«п Р скороеть изменения гротекакйцего. тока тиристора будет равна .AijL см а-ь- 3 at Напряжение источника смещени;, образованное на управляемом сопротивлении, прикладывается к затвору МДП-транзисто ра 13.1 следующего канала через обрат нов сопротивление диода 15.1. Для переключения каналов на шину тактовых импульсов 16, относительно минусовой шины 12, подается тактовый импульс Un ОПОР . Так как между затворами и истоками МДП-транздсторов 13.2, 21.2 приложено отпирающее напряжение, то МДП-транзисторы 13.2 и 21.2 открываются и протекающим током включается тиристор 1.2 по цепи плюс источника тактовых импульсов ( ) клемма 16, cTOK-4tCTOK МДП- ранзистора 13.2, управляющий электрод-катод тиристора 1.2, исток-сток МДП-транзистора 19.2, pesi iCTOp 2О.2, диод 11.2, клемма 12 минус июточника тактовых имщгльсш (-Ur). Диоды 15.1 - 15. VI предназначены для защиты тиристоров последующихкана ° ложного их срабатывания при включешш предыдущих каналов путем увеличения времени заряда параштной емкости затвор-исток (затвор-минус источник питания) МДП-транзисторов 13.1-13. И . Пфоговая характеристика управляемого сопротивления, увеличивает помехозащищенность коммутатора путем уменьшения возможности ложного включения очередного канала коммутатора при возникновении импульсов или постоянных напряжений помех в шине тактовых импульсов (например, наличие остаточных напряжений на транатсторе или импульсов при индуктивном характере источника тактовых импульсов) и определенных изменениях коммутируемых напряжений (например, включение коммуируемого источника), Введение управлжгемого сопротивления место резистора обеспечивает при вклю чешт послецукацего кгмгАла увеличение ве личины цопусгймого коммутируемого загги рЕюмого тока, расширение диапазона ком- муп5руемьк реактивных нагрузок и умеlOjiueuMe BpeMeim включения очередного ка нала путчэм изменения величины управляе мого сопротивления и отрицагельной обрат ной связи при вкточении тиристора. Выключение предыдущего канала (зашфяние тиристора 1.1) осуществляется после включения тиристора 1.2 слецукжци образом. Напряжение, образованное на управляе мом сопротивлении 18.2 - 22.2, приклацыпоется к затвору-истоку МДП-транзистора 14.1 и открывает его.Открытый М |П-тран аистор 14.1 коммутирует напряжение источника смещения, приложенное к управляемому сопротивлению 18.1-22,1, которое прикладывается к переходу управлякшшй электрод-катои запираемого транзистора 1.1. Так как то управления при выключении является функ цией гущественно зависящей от величины анодного, тока, то по цепи: Б, клемма 10, диод 9.1, анод-управляющий электрод тиристора 1.1, сток-исток МДП-транзистора 14.1, резистора 20.1, диод 11.1, клемма 12, -Е потечет ток, изменяющий свою Величину в зависимости от напряжения на управляемолт сопротивлении 18.2-22.2 ( UT,n-t4.t коммутируемого анодного тока. Увеличение запирак щего тока тиристора 1.1 приводит к уве- личенню падения напряжения на резисторе 20.1 и уменьшению напряжения Огр МДГТтранзистора 21. i управляемого сопротивления, и следовательно, к увеличению Величины управляемого сопротивления и отркцательного смеиюния на управляемом электроде запираемого тиристора 1.1 выключаемого канала. Тиристор 1.1 .закрывается. При приходе очереш1ого тактового импульса происходит отпирание следукяцего тираяЕСТора 1.3 и запирание тиристора 1.2 и так далее. Таким образом, увеличение скорости нарастания напряжения ущэавляемого сопротивления последукяце го канала и ско. рости нарастмадя и величины отрицательного смещения управл5Йощего алектроаа ЗЁйтираемого тиристора предысотдего кана ла приводит к уменьшёнию времени выключения тиристора предырогщего канала и всего времени переключения каналов Формула изобретения Многоканальный коммутатор, соцержшдий в каждом канале запираемый тиристор, анодом подключенный к общим катодам диодов диодного моста, коммутируемые 1.иины и нагрузку, подключенные к другой диагонали диодного моста, развязывающий диод, включенный меж су плюсовой шиной источника смещения и анодом запираемого тиристора в прямом направлении, второй раэвязываюищй диод, подключенный катодом к минусовой шине источника смещения, схему управления, выполненную на двух МДПтранзисторэх и третьем диоде, причем исток первого и сток второго МДГТ-транзисторов подключены к управляющему электроду запираемого тиристора, а сток и затвор первого МДП-транзистора - соо ветственно к общей шкне тактовых импульсов и к катоду запираемого ги{жстора предыдущего канала через третий диод в прямом направлении, а затвор второго МДП-транзисгора - к катоцу запираемого тиристора последующего канала, о т л,и - ча рщийся тем, что, с целью увеличения допустимой частоты переключе - ния каналов и помехозащищенности коммутатора в каждый канал введены четвертый цкод и управляемое сопротивление, которое включено межцу катодом запираемого тиристора и анодом второго развязывающего диоца и состоит из двух последовательно-параллельных цепей - истоксток третьего МДП-транзистора, первый и второй резисторы и исток-сток четвертого МДП-транзистора и третий резистор, причем- затвор четвертого МДП-транаястора соединен со стоком третьего МДПтранзистора другой последовательнойдцепи, а исток-затвор третьего МДП- гранзистора и анод-катод четвертого диода включены параллельно и подключены:, соответственно, к кагоду запираемого тиристора и общим анодам диодов диодного моста, средняя точка соединения первого и второго, ре- здгсторов подключена к истоку второго МДП-тран этсгора. Источники информаюо, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР f 44167О, кл. Н 03 К 23/00, 16.10.72. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N 26О3163/21 кл. Н 03 К 17/56, 11.04.78. -, у.