SU1734203A1 - Высоковольтный транзисторный переключатель - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к импульсной технике и предназначено дл  Зп 4(Э L использовани  в импульсных модул торах, стабилизаторах. Сущность изобретени : устройство содержит 1 генератор управл ющих импульсов оптического излучени  1, n-коммутирующих транзисторов (2), п формирователей управл ющих импульсов 3, п стабилитронов 4, 8, п резисторов 5,10, 11, п конденсаторов 7, 13, п диодов 6, 12, 14, 15, 17, п дополнительных транзисторных транзисторов 9, п излучающих диодов 16, п приемников оптического излучени  18, 1 блок сравнени  19, 1 входную шину 20, 1 выходную шину 21, 1 общую шину (22). 3 ил, О Ј/ со с XI ;СО : ihO О OJ Э L rtw. Ф/j/ ,

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике и предназначено дл  использовани  в импульсных модул торах, импульсных стабилизаторах и других устройствах радиоэлектроники , где необходимы высоковольтные переключатели.

Цель изобретени  - повышение быстродействи .

На фиг. 1 приведена функциональна  схема высоковольтного транзисторного переключател ; на фиг. 2а - диаграммы сигналов в различных точках устройства при нормальной работе его; на фиг. 2 б - то же, при неисправности формировател  управл ющих импульсов первого коммутирующего транзистора; на фиг. 3 - пример схемы блока сравнени  устройства.

Высоковольтный транзисторный переключатель содержит генератор 1 управл ющих импульсов оптического излучени , коммутирующие транзисторы 2.1-2.П, формирователи 3.1-З.п управл ющих импульсов , первые стабилитроны 4.1 4.п, резисторы 5.1-5.П, дсюды 6.1-б.п, конденсаторы 7.1-Т.п, первые стабилитроны 8.1-8.п, дополнительные транзисторы 9.1-9.П, первые дополнительные резисторы 10.1-10п, вторые дополнительные резисторы 11.1- 11.п, первый дополнительные диоды 12.1- 12.п, дополнительные конденсаторы 13.1-13.п, вторые дополнительные диоды 14.1-14.п, третьи дополнительные диоды 15,1-15.п, излучающие диоды 16.1-16.п, четвертые дополнительные диоды 17.1-17.п, приемники 18.1-18,п оптического излучени , блок 19 сравнени . Кроме того, на чертеже обозначены входна  шина 20, выходна  шина 21 и обща  шина 22. Коммутирующие транзисторы 2.1-2.П соединены в последовательную цепь, при этом коллектор предыдущего соединен с эмиттером последующего через включенные последовательно диод 14, конденсатор 13 и диод 12. Коллектор n-го коммутирующего транзистора 2 подключен к выходной шине 21 устройства, а эмиттер 1-го через цепочку из диода 12.1, конденсатора 13.1 и диода 14.1 - к общей шине 22, Первый вход генератора 1 соединен с входной шиной устройства выход генератора 1 соединен с входами формирователей 3.1-З.п. Общий вывод каждого формировател  3.1-З.п соединен с эмиттером соответствующего коммутирующего транзистора 2.1-2.П, коллектором соответствующего дополнительного транзистора 9.1-9.п, первым выводом соответствующего конденсатора 7.1-7.П, анодом соответствующего стабилитрона 8.1-8.п и анодом соответствующего диода 12.1-12.п. Выход каждого формировател  3.1-З.п соединен с базой соответствующего коммутирующего транзистора 2.1-2.П и анодом соответствующего стабилитрона 4.1-4.п. Второй вывод каждого стабилитрона 4.1-4.П соединен с коллектором соответствующего коммутирующего транзистора 2.1-2.П, первыми выводами соответствующих резисторов 5.1-5.П и 10.1-10.п. Шина питани  каждого формировател  3.1-З.п со0 единена с вторым выводом соответствующего конденсатора 7.1-7.П, катодом соответствующего стабилитрона 8.1-S.n, диода 6.1-б.п, диода 17.1-17.п и анодом соответствующего излучающего диода 16.1-16.п.

5 Второй вывод каждого резистора 5.1-б.п подключен к аноду соответствующего диода 6.1-б.п. Второй вывод каждого резистора 10.1-10.п подключен к катоду соответствующего диода 15.1-15.п, анод которого соеди0 нен с катодом соответствующего излучающего диода 16.1-16.п. База каждого дополнительного транзистора 9.1-Э.п подключена к катоду соответствующего диода 14.1-14.П и через соответствующий резистор

5 11.1-11.п - к катоду соответствующего диода 12.1-12.п, аноду соответствующего диода 17.1-17.П и первому выводу соответствующе- го конденсатора 13.1-13.п, второй вывод которого соединен с анодом соответствующего

0 диода 14.1-14.п и эмиттером соответствующего дополнительного транзистора 9.1-9.п. Оптический вывод каждого излучающего диода подключен к входу соответствующего приемника 18.1-18.п оптического излучени ,

5 выводы которых соединены с соответствующими входами блока 19 сравнени . Выход блока 19 подключен ко второму управл ющему входу генератора 1, а его п + 1-й вход соединен с входной шиной 20 устройства.

0 Высоковольтный транзисторный переключатель работает следующим образом.

В исходном состо нии генератор 1 выключен , все коммутирующие транзисторы 2.1-2.П закрыты. Делитель из резисторов

5 5.1-5.П и стабилитронов 8.1-З.п обеспечивает равномерное распределение напр жени  по коммутирующим транзисторам 2.1-2.П, Конденсаторы 7.1-7.П зар жены до напр жени  пробо  стабилитронов 8.1-8.п.

0 Диоды 15.1-15.П заперты обратным напр жением . Рабочий ток через излучающие диоды 16.1-16.п не протекает, и сигнал на входах приемников 18.1-18.п равен нулю. На всех входах блока 19 сравнени  напр 5 жение имеет один уровень и сигнал на его выходе равен нулю. Конденсаторы 13 разр жены .

Поступающий по входной шине устройства управл ющий импульс (на фиг. 2 Hex) попадает на входы блока 19 сравнени  и

генератора 1, при этом на выходе генератора 1 по вл етс  оптическое излучение (на фиг. 2 Рген), которое по оптическим волноводам поступает на входы формирователей 3.1-3.п. При этом диэлектрические волноводы , кроме передачи мощности электромагнитного излучени  на входы формирователей 3.1-З.п, осуществл ют электрическую разв зку формирователей 3.1-З.п и транзисторов 2.1-2.П с генератором 1 и между собой. Формирователи 3.1-З.п вырабатывают управл ющие импульсы тока, которые поступают в базы коммутирующих транзисторов 2.1-2.П (на фиг. 2 1б.1-1бп). Транзисторы отпираютс , напр жение на их коллекторах уменьшаетс  (на фиг. 2 11кэ1-икэп). Напр жение на выходе устройства (на фиг. 2 1)Вых),  вл ющеес  суммой напр жений на транзисторах 2.1-2.п, также уменьшаетс , при этом на выходе устройства формируетс  фронт импульса. Когда напр жение на коллекторе коммутирующего транзистора 2 становитс  меньше напр жени , до которого зар жен конденсатор 7, через излучающий диод 16, диод 15, резистор 10 и коммутирующий транзистор 2 начинает протекать ток в пр мом направлении, ограничиваемый сопротивлением резистора 10, при этом излучающий диод начинает генерировать импульс оптического излучени . Последний по диэлектрическому волноводу поступает на вход соответствующего приемника 18.1-18.П оптического излучени  и преобразуетс  им в импульс напр жени  (на фиг. 2 Unpi-Unp.n). При этом диоды 6.1-б.п исключают разр д конденсаторов 7.1-7.П через резисторы 5.1-5.П и далее через открытые транзисторы 2.1-2.П, а диэлектрические волноводы обеспечивают электрическую разв зку излучающих диодов 16.1-16.п с приемниками 18.1-18.п и между собой. Таким образом на входы блока 19 сравнени  поступают импульсы контрол  напр жени  на транзисторах 2.1-2.П, фронт каждого из которых совпадает с моментом открывани  соответствующего коммутирующего транзистора 2.1-2.п. С началом открыти  коммутирующих транзисторов начинаетс  протекание импульса рабочего тока от выходной шины 21 устройства через упом нутые транзисторы 2 к общей шине 22, который зар жает включенные последовательно с коммутирующими транзисторами 2.1-2.П конденсаторы 13.1-13.п. Напр жение на конденсаторах 13.1-13.п постепенно повышаетс  (на фиг. 2 Deis), при этом протекание тока в обход конденсатора 13.1-13.п через коллекторно-эмиттерную цепь транзисторов 9.1-Э.п исключаетс  благодар  запиранию этих транзисторов отрицательным смещением, подаваемым на их базы с диодов 14.1-14.п при протекании через них рабочего тока устройства.

В момент окончани  управл ющего импульса на входе устройства генератор 1 выключаетс . Поступление оптического излучени  на вход формирователей 3.1-З.п прекращаетс , что приводит к окончанию импульсов тока с выходов этих формирователей в базы коммутирующих транзисторов

0 2.1-2.п. Эти транзисторы закрываютс , напр жение на их коллекторах увеличиваетс , при этом формируетс  спад импульса на выходе устройства С повышением напр жени  на коллекторах коммутирующих транзи5 сторов 2.1-2.П протекание тока через излучающие диоды 16.1-16.п прекращаетс , таким образом спад каждого импульса контрол  напр жени  на коммутирующих транзисторах 2.1-2.П также совпадает с

0 моментом закрывани  соответствующего коммутирующего транзистора 2.1-2.п. Конденсаторы 7.1-7.П, частично разр дившиес  за врем  наличи  импульса устройства токами питани  формирователей 3.1-З.п и излу5 чающих диодов 16.1-16.п, начинают дозар жатьс , до напр жени  пробо  стабилитронов 8.1-8.П двум  пут ми. Токами через резисторы 5.1-5.П и диоды 6.1-б.п с коллектором запертых коммутирующих

0 транзисторов 2.1-2.п. Токами разр да конденсаторов 13.1-13.п, которые зар дились импульсом рабочего тока устройства через отпертые коммутирующие транзисторы до напр жени , превышающего напр жение

5 пробо  стабилитронов 8.1-8.п. При этом ток разр да конденсатора 13.1-13.п протекаете верхней (фиг. 1) обкладки через диод 17 к конденсатору 7, далее через конденсатор 7, открытый транзистор 9 на нижнюю обклад0 ку конденсатора 13.1-13.п. В этот период времени транзистор 9.1-9.П находитс  в открытом состо нии благодар  поступлению тока в его базу от зар женного конденсатора 13.1-13.п через резистор 11.1-11.п, при

5 этом отрицательное смещение на базе этого транзистора уже отсутствует из-за окончани  импульса тока через диод 14.1-14.п. После окончани  дозар дки конденсатора 7.1-7.П разр д конденсатора 13.1-13.п про0 должаетс  мину  конденсатор 7.1-7.П через стабилитрон 8.1-8.п. При понижении напр жени  на конденсаторе 13.1-13.п ниже напр жени  пробо  стабилитрона 8.1-в.п разр д конденсатора значительно замедл 5 етс  и может происходить только через резистор 11.1 -11.п и база-эмиттерный переход транзистора 9.1-9.п. Далее работа устройства повтор етс  в изложенной последовательности . В процессе работы устройства блок 19 сравнени  осуществл ет, по поступающим на входы контрольным импульсам непрерывный контроль взаимной синхронности переключени  коммутирующих транзисторов 2.1-2.л и синхронности с управл ющим импульсом, поступающим по входной шине устройства. При нормальной работе устройства напр жение на выходе блока 19 сравнени  отсутствует (на фиг. 2 Уконтрол ). При по влении сбо  или отказа в работе отдельных элементов устройства (например формировател  3.1, как показано на фиг. 26), привод щего к возникновению асинхронизма в коммутации транзисторов 2.1-2.П как между собой, так и относительно полученного устройством управл ющего импульса, на выходе блока сравнени  19 по вл етс  сигнал (фиг. 26 Уконтр). Этот сигнал поступает на второй управл ющий вход генератора 1 дл  выключени  его. Таким образом исключаетс  возможность разви- ти  лавинного процесса выхода элементов устройства из стро  при возникновении сбоев в его работе или отказе отдельных элементов. При этом кратковременные перенапр жени  транзисторов устран ютс  работой стабилитронов 4.1-4.п.

В предлагаемом высоковольтном транзисторном переключателе источники питани  управл ющих цепей коммутирующих транзисторов выполнены в виде нако- пительных конденсаторов, подключенных через резистор и диод параллельно каждому коммутирующему транзистору. При этом за врем  нахождени  коммутирующих транзисторов в провод щем состо нии происхо- дит частичный разр д накопительных конденсаторов потребител ми. Восполнение этих потерь зар да реализуетс  двум  пут ми. При восполнении потерь зар да конденсатора током с коллектора коммути- рующего транзистора в паузе между форми- рованием импульсов устройством, полнота восполнени  зависит от скважности формируемых устройством импульсов и уменьшаетс  с уменьшением скважности, Возможность восполнени  потерь зар да конденсатора током от дополнительного конденсатора , включенного последовательно с коммутирующим транзистором и зар жаемого импульсом рабочего тока, протекающего через устройство, не зависит от скважности формируемых устройством импульсов, а определ етс  величиной электрического зар да , протекающего через дополнительные конденсаторы за врем  импульса рабочего тока. Поэтому введение в высоковольтный транзисторный переключатель дополнительной схемы подзар да индивидуальных источников питани  коммутирующих транзисторов, выполненной на основе конденсаторов,

включенных последовательно с коммутирующими транзисторами, и соответствующих вспомогательных элементов (дополнительных диодов, транзисторов, резисторов), позволило существенно повысить максимальную частоту переключений устройства и обеспечить формирование устройством импульсов с малыми значени ми скважности. При этом также, как и в устройстве-прототипе , врем  коммутации переключател  не превышает времени включени  отдельного коммутирующего транзистора, а наличие системы автоматического контрол  работы коммутирующих транзисторов обеспечивает его высокую работоспособность .

Таким образом, реализаци  в предлагаемом высоковольтном транзисторном переключателе возможности формировани  импульсов с различными, включа  малые, значени ми скважности и большой частотой следовани , в сочетании с малым временем переключени  и высокой работоспособностью устройства, означает полное достижение поставленной цели изобретени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Высоковольтный транзисторный переключатель , содержащий генератор управл ющих импульсов оптического излучени , управл ющий вход которого соединен с входной шиной устройства, п-коммутирую- щих транзисторов, база-эмиттерный переход каждого из которых подключен к выходу соответствующего формировател  управл ющих импульсов, входы которых соединены с выходом генератора управл ющих импульсов диэлектрическими волноводами, база-коллекторный переход каждого коммутирующего транзистора шунтирован первым стабилитроном, а между коллектором и эмиттером каждого коммутирующего транзистора включена цепочка из последовательно соединенных резистора, диода и конденсатора, который шунтирован вторым стабилитроном, причем объединенные выводы конденсатора, диода и второго стабилитрона соединены с шиной питани  соответствующего формировател  управл ющих импульсов, n-приемников оптического излучени , выходы которых подключены к входам n+1-входового блока сравнени , выход которого соединен с вторым управл ющим входом генератора управл ющих импульсов , а (п+1)-й вход соединен с входной шиной устройства, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  введены п первых цепочек из соединенных последовательно и согласно первого дополнительного диода, дополнительного конденсатора и второго дополнительного диода , п вторых цепочек из соединенных последовательно и согласно излучающего диода, третьего дополнительного диода и первого дополнительного резистора, п дополнитель- ных транзисторов, п четвертых дополнительных диодов и п вторых дополнительных резисторов, причем коллекторно-эмиттерные цепи коммутирующих транзисторов соединены одна с другой в последовательную цепь через подключенные к ним согласно первые введенные цепочки, при этом эмиттер первого транзистора подключен через упом нутую первую цепочку к общей шине, а коллектор n-го транзистора - к выходной шине, коллек- тор каждого дополнительного транзистора соединен с эмиттером соответствующего коммутирующего транзистора и первым выводом первого дополнительного диода, его база подключена через соответствующий

   второй дополнительный резистор к второму выводу первого дополнительного диода и первому выводу дополнительного конденсатора , а также через соединенные последовательно и согласно соответствующие четвертый дополнительный диод и вторую цепочку к коллектору коммутирующего транзистора , при этом одноименные выводы четвертого дополнительного диода и второго стабилитрона, а также разноименный вывод излучающего диода объединены, эмиттер дополнительного транзистора подключен к второму выводу дополнительного конденсатора и первому выводу второго дополнительного диода, второй вывод которого соединен с базой дополнительного транзистора, а оптический выход каждого излучающего диода подключен через диэлектрический волновод к входу соответствующего приемника оптического излучени .

   fa

   Ј

   70л

   и™

   then

   U

   w

   икантроп 

   UciS

   X,

   П

   t

   Фи- i

   Ъ

   т

   1

   /

   Lru-i

   Выход

   ho-j-w- I

   фиг.З