SU1162031A1 - Высоковольтный переключатель - Google Patents

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных передатчиках и установках для ускорения заряженных частиц.

Известен высоковольтный переключатель, содержащий N транзисторов,

N первых диодов, каждый из которых включен обратно-параллельно переходу база-эмиттер соответствующего транзистора, N первых резисторов, каждый из которых подключен параллельно· соответствующему первому диоду, причем база каждого транзистора, за исключением первого, соединена с первым выводом соответствующего второго резистора, коллектор каждого транзистора, за исключением Ν-γο, подключен к первому быводу соответствующего третьего резистора, база первого транзистора соединена с шиной источника управляющих сигналов, а эмиттер - с общей шиной й первым выводом источника питания, а также делитель напряжения, включенный между вторым выводом источника питания и общей шиной, дифференцирующий узел, вход которого подключен к коллектору первого транзистора, а выход через формирователь импульсов соединен с коллектором Ν-γο транзистора, который через нагрузку подключен к второй шине источника питания, вторые выводы вторых резисторов соединены с соответствующими точками делителя напряжения Щ .

Недостатком известного высоковольтного переключателя является низкий КПД-.

Известен высоковольтный переключатель, содержащий N транзисторов N первых диодов, каждый из которых включен обратно-параллельно переходу база-эмиттер соответствующего транзистора, N первых резисторов, каждый из которых подключен параллельно соответствующему первому диоду, причем база каждого транзистора, за исключением первого, соединена с первыми выводами соответствующего второго резистора и второго диода, вторые выводы которых объединены, коллектор каждого транзистора подключен к первому выводу соответствующего третьего резистора, база первого транзистора соединена с шиной источника управляющих сигналов, 1 а эмиттер - с общей шиной и первым

62031 2

выводом источника питания, параллельно нагрузке подключен третий диод, и, кроме того, Ν-1 источников питания, которые соединены последова5 тельно и согласно, первый вывод ,соединения Ν-1 источников питания

подключен к второму выводу источника питания, а второй вывод через нагрузку соединен с коллектором

10 Ν-го транзистора, второй вывод каждого третьего резистора подключен к эмиттеру соответствующего транзистора [2^ . .

15 Недостатком известного высоко.вольтного переключателя является

низкий КПД.

Цель изобретения - повышение КПД высоковольтного переключателя.

Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтный переключатель, содержащий N транзисторов,

N первых диодов, каждый из которых . включен обратно-параллельно перехо25 ду база-эмиттер соответствующего транзистора, N первых резисторов, каждый из которых подключен параллельно соответствующему первому диоду, причем база каждого транзис30 тора, за исключением первого, соединена с первыми выводами соответствующего второго резистора и второго диода, вторые выводы которых объединены, коллектор каждого транзистора

35 подключен к первому выводу соответствующего третьего резистора, база первого транзистора соединена с шиной источника управляющих сигналов, а эмиттер - с общей шиной и первым

40 выводом источника питания, параллельно нагрузке подключен третий диод, введены N конденсаторов и N четвертых диодов, причем вторые выводы вторых диодов соединены с общей ши45 ной, коллектор каждого предыдущего транзистора через соответствующий конденсатор подключен к эмиттеру последующего, коллектор Ν-го транзистора через Ν-й конденсатор соединен

50 с одним выводом нагрузки, другой вывод которой подключен к общей шине, второй вывод источника питания соединен с вторыми выводами третьих резисторов и через соответствующий

55 четвертый диод подключен к коллектору каждого транзистора.

На чертеже представлена схема высоковольтного переключателя.

3

1162031

4

Высоковольтный переключатель со*держит N транзисторов 1-1...1-Ν, N первых диодов 2-1...2-Ν, каждый из которых включен обратно-параллельно переходу база-эмиттер соответствующе- 5 го транзистора 1-1...1-Ν, N первых резисторов 3-1...З-Ν, каждый из которых подключен параллельно соответствующему первому диоду 2-1...2-Ν,

Ν-1 вторых диодов 4-1...4—(Ν—1) и 10 Ν-1 вторых резисторов 5-1...5—(Ν—1), третий диод 6, который включен параллельно нагрузке 7, N третьих резисторов 8-1...8-Ν, N конденсаторов

9- 1...9-Ν и N четвертых диодов и

10— 1...10—Ν, причем база каждого транзистора 1-2...1-Ν соединена с первыми выводами соответствующего второго резистора 5-1...5-(Ν-1) и второго диода 4-1...4—(Ν—1), вторые 20 выводы которых подключены к общей

шине 11, база первого транзистора

1- 1 соединена с шиной источника 12

управляющих сигналов, а эмиттер - с общей шиной 11 и первым выводом 25

источника питания 13, второй вывод которого через соответствующий третий резистор 8-1...8-Ν и четвертый диод 10—1... 10—N подключен к коллектору каждого транзистора 1-1...1-Ν, до коллектор каждого предыдущего транзистора 1-1...1—(Ν—1) через соответствующий конденсатор 9-1...9—(Ν—1) подключен к эмиттеру последующего транзистора 1-2...1-Ν, коллектор

Ν-го'транзистора 1-Ν через Ν-й конденсатор 9-Ν соединен с одним выводом нагрузки 7, другой вывод подключен к общей шине 11.

Высоковольтный переключатель работает следующим образом.

В исходном состоянии в паузах между импульсами управления все транзисторы 1-1...1-Ν заперты и происходит заряд конденсаторов 9-1... 45,

9-Ν от источника питания 13. Так, конденсатор 9-1 заряжается по цепи: ч источник 13, резистор 8—1, конденсатор^-!, диод 2-2, диод 4-1, общая шина 11, источник 13. Аналогично 50 заряжаются остальные конденсаторы*

Токи заряда, протекая через диоды

2- 2...2-Ν, создают на них отрицательные перепады напряжения, приложенные к базам транзисторов 1- 55

1-2...1-Ν, что обеспечивает их запирание и уменьшенное время включения. Все конденсаторы 9-1...9-Ν

заряжаются до напряжения Е источника питания 13 с полярностью, указанной на чертеже.

При подаче импульса положительной полярности от источника управляющих сигналов 12 на базу перв'ого транзистора 1-1 он отпирается и к резисторам 3-2 и 5-1 прикладывается отрицательный перепад напряжения относительно общей шины 11, равный напряжению Е на конденсаторе 9-1 и запирающий диоды 2-2 и 4-1. На резисторе 3-2 и базоэмиттерном переходе транзистора 1-2 образуется положительный перепад напряжения.

В результате отпирается транзистор 1-2. Аналогично происходит включение всех последующих транзисторов 1-3...1-Ν.

В результате к нагрузке 7 прикладывается отрицательный импульс напряжения с амплитудой ΝΕ равной сумме напряжений на последовательно включенных конденсаторах 9-1...9-Ν.

После окончания положительного импульса управления на базу транзистора 1-1 подается запирающий отрицательный импульс, напряжение на коллекторе транзистора 1-1 возрастает до величины Е. После этого через резистор 8-1 и диоды 2-2 и

' и 4-1 начинает аналогично идти ток до заряда конденсатора 9-1, образующийся при этом отрицательный перепад напряжения на резисторе 3-2 обеспечивает быстрое запирание транзистора 1-2. Аналогично происходит запирание и всех последующих транзисторов 1 1-3...1-Ν.

В результате на нагрузке формируется спад импульса и элементы переключателя возвращаются в йсходное состояние.

ι

В процессе запирания транзисторов переключателя 1-1... 1-Ν (ввиду разброса' величин времен рассасывания неосновных носителей заряда) может возникнуть ситуация, когда после запирания транзистора 1-1 последующие транзисторы 1—2...1—N в течение некоторого времени еще остаются открытыми. В результате к коллектору транзистора 1-1 в течение этого времени может оказаться приложенным суммарное напряжение, примерно равное ΝΕ, существующее на всех последовательно соединенных через транзисторы 1-2...

1-Ν конденсаторах 9-1...9-Ν.

5

1162031

6

Однако при этом произойдет отпирание диода 10гс.-1, благодаря чему обеспечится путь Для разряда указанных конденсаторов: через нагрузку 7 на источник питания 13. Величина напряжения на коллекторе транзистора 1-1 в этих условиях не превысит величину напряжения Е источника питания 13. Аналогично будут защищены и

другие транзисторы в результате отпи рания диодов 10-2...10-Ν.

КПД предлагаемого высоковольтного 5 переключателя выше, чем у известных

высоковольтных переключателей, ввиду уменьшения потерь энергии в резисторах в паузах между импульсами управления.

Claims (1)

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий N транзисторов,

   N первых диодов, каждый из которых включен обратно-параллельно переходу база-эмиттер соответствующего транзистора, N первых резисторов, каждый из которых подключен параллельно соответствующему первому диоду, причем база каждого транзистора, за исключением первого, соединена с первыми выводами соответствующего второго резистора и второго диода, вторые выводы которых объединены, коллектор каждого транзистора подключен к первому выводу соответствующего третьего резистора, база первого транзистора соединена с шиной источника управляющих сигналов, а эмиттер - с общей шиной и первым выводом источника питания, параллельно нагрузке подключен третий диод, о тличающийс.я тем, что, с целью повышения КПД, в него введены N конденсаторов и N четвертых диодов, причем вторые выводы вторых диодов соединены с общей шиной, коллектор каждого предыдущего транзистора через соответствующий конденсатор подключен к эмиттеру последующего, кол- — лектор N -го транзистора через· ц-Й конденсатор соединен с одним выводом нагрузки, другой вывод которой подключен к общей шине, второй вывод источника питания соединен с вторыми выводами третьих резисторов и через соответствующий четвертый диод подключен к коллектору каждого транзистора.

   1162031

   I

   >

   ¹ 11