Переключатель напряжения на емкостной нагрузке

Союз Советск икСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ иительиое к авт. свид-ву(54) ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЕМ НАГРУЗКЕНО управл ы к выходам подсоединения Г 21Однакомощность,рядки емкос еле велика яхт перезач ереключенни большей ч переключаваемая вгрузки при апряжени на на ней встотф1 т,ельемой мо кого изобретения -ие потребляссеической сущату к предт 5 атель напрясодержа - но соединенподключенисточн ика выводами ных к мкос тнаяых ключей Изобретение относится к радиотехнике,,связанной с формированием управляющихнапряжений на емкостной нагрузке, в частности, к устройствам управлении электрооптически и световыми затворами и дискретными дефпекторами.Известен переключатель напряжения,содержащий цепочку последовательно соединенных транзисторов 1,Однако в этом переключателе равается большая мощность при перении. Наиболее близким по техниности и достигаемому результлагаемому является переключжения на емкостной нагрузке,щий две группы последователных 6 транзисторных ключейные своими выводами к шинампитания, между объединенным- -го и (-+1)-го транзисиоО,чей каждой группы включенанагрузка, а входы транзистор щности.Поставленная цель достигается тем, что в переключатель напряжения на емкостной нагрузке, содержащий две группы последовательно соединенных т транзистор ных ключей, подключенные своими вывода ми к шинам источника питания, между обьединенными выводами -го итт( - +Ц-го транзистсрных ключей каждой игруппы включена емкостная нагрузка, а входы транзисторных ключей подсоединены к выходам схемы управления, введена цепь из последовательно соединенных 1) конденсаторов равной емкости и 2 Ъ) диодов, причем один вывод цепи соединен с земляной шиной источника пи 3 85тания, а второй вывод соединен через соответствующие прямо включенные диоды собъединенными выводами первого и второго транзисторных ключей каждой группыи через соответствующие обратно включенные диоды - с обьединенными выводат ими ( - +1)-го и ( +2) го транзисторныхключей каждой группы, а обьединенныевыводы каждого 1 -го и (1+1)-го последовательно соединенных конденсаторовцепи соединены через соответствующиепрямо включенные диоды с обьединеннымивыводами (+1)-го и (+2)-го транзисторных ключей каждой группы и через соответствующие обратно включенные диодыс объединенными выводами Р +1+1)-го ии( - +1+2)-го транзисторных ключей каждой1группы,На чертеже представлена принципиальнаяэлектрическая схема устройства.Устройство содержит основной источник1 напряжения, дополнитепьные источникинапряжения, роль которых выполняют конденсаторы 2 и 3, напряжения на которыхопределяются делителем на резисторах 46, две группы последовательно соединенныхтранзисторных ключей на транзисторах 712 и 13-18, между обьединенными выводами 19 и 20 которых включена емкостнаянагрузка 21, основные диоды 22-29 и обходные и блокирующие диоды 30-35 и 3641 соответственно, которые служат длябольшей надежности схемы и в принципемогут, отсутствовать,Йпя развязки схемы управления по постоянному току от управляющих электродовтранзисторов 7-18 использованы трансформаторы, первичные обмотки 42-53 которых подключены к соответствующим выходам схемы управления.Кроме как на транзисторах, ключи могут быть выполнены и на тиристорах, приэтом использование диодов 30-35 обяэательно.От схемы управления поочередно от . пираются сначала транзисторы 10-12, а загем транзисторы 15-.13, что приводит к последовательной ступенчатой разрядке емкости нагрузки 21 на источники напряжения - конденсаторы 2 и 3, соответственно, через диоды 24 и 25 и затем на земляную шину, Вывод 20 при этом соединен с земляной шиной через открытые диоды 33-35. Протекание обратного тока разрядки через транзисторы 16-18 блокируется диодами 39-41. Схема может рабогать и без диодов 30-41, при этом роль диодов 30-35 выполняют переходы база-, коллектор транзисторов 10-12 и 16-18. 6003Однако протекание больших обратных токов через эти транзисторы приводит к ихглубокому насыщению, что снижает быстродействие и может вызвать перегрузкупо базовым токам, Последовательностьотпирания транзисторов 15-13 приводитк последовательной ступенчатой зарядкеемкости нагрузки 21 через диоды 27 и26 от конденсаторов 3 и 2, источника 1, 10 При поступлении входных импульсовна обмотки 48-53 отпираются поочередно транзисторы 16-18 и 9-7, что вызывает аналогичную перезарядку емкостнойнагрузки 21 в обратном направлении.Данная мостовая схема реализуетпроцесс парафазной ступенчатой переэаржки емкости нагрузки через дополнительныеисточники напряжения. Поскольку токи зарядки и токи разрядки емкости нагрузки21 одинаковы по величине но обратны понаправлению, весь заряд, отданный дополнительными источниками при зарядке емкости, возвращается в них при ее разрядкет.е, эти источники не отдают энергии,чтопозволяет применять в качестве них конденсаторы достаточно большой емкости(на два-три порядка большей, чем емкостьнагрузки 21)Аналогичная схема переключателя можег быть построена в принципе, с любымколичеством транзисторов в высоковольтных ключах. В общем случае, если это ко.личество равно п , то применяют (и -1)дополнительных источников напряжения(конденсаторов),При этом заряд, отбираемый от основного источника напряжения,меньше чем в известных переключателяхиспользующих только один источник нап)ряжения, и соответственно потреблениемощности в предлагаемом переключателеменьше, чем в известных мостовых переключателях при той же частоте переключений напряжений на нагрузке. Если напряжение каждого иэ дополнительных источников составляет О Ь, где 0 - напряжение 45 основного источника, то за полный и -ступенчатый цикл зарядки емкости нагрузкиот основного источника отбирается энергия, равнаяСЦ(О/ь)=СО /и, т.е. в о разйменьше, чем в известных переключателях О с одним источником напряжения. Крометого, перезарядка емкости нагрузки осуществляется в два этапа; сначала происходитразрядка до нуля без отбора энергии отосновного источника, а затем зарядка то ком обратной полярности с отбором энергииот основного источника (и то лишь на последней ступени зарядки, когда отпираетсятранзистор 7 или 13). Это дает дополниЗаказ 6965/86 Тираж 9 писное В ент", г. Ужгород,ул,Проектная,4 тельный выигрыш в энергии еще в 2 раза по сравнению с известными мостовымисхемами, в которых разрядка емкости нагрузки с начала и до конца осуществляетсяэа счет энергии источника питания. Таким образом, .мостовая схема предлагаемого переключателя обеспечивает выигрьпп в энергии в 2 п раза. Немостовая 1 схема предлагаемого переключателя, со держащая лишь два высоковольтных ключа (например,на транзисторах 7-12, при этом ключи на транзисторах 13-18 отсутствуют, и правый электрод нагрузки 21 соединен с землей) дает вдвое мень ь ший выигрыш в энергии, поскольку требует для обеспечения гого же размаха выходно" го сигнала вдвое более высокое напряжение питания при вдвое меньшей частоте отбора энергии от него, чем в мостовой 2 О схеме. Формула изобр ет ения 25Переключатель напряжения на емкостной нагрузке, содержаший две группы последовательно соединенных и транзисторных ключей, подключенные своими выводами к шинам источника питания между объединено и 30 ными выводами - -го и ( +1)-го транзисторных ключей каждой группы включена емкостная нагрузка, а входы транзисторных 03 6ключей подсоединены к. вьаодам схемыуправления, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижения потребляемой мопности, введена цепь из последовательно соединенных ( - -1) конденсаторов равнойемкости и оп) диодов, причем одинвывод цепи соединен с земляной шиной источника питания, а второй вывод соединенчерез соответствующие прямо Включенныедиоды с объединенными выводами первогои второго транзисторных ключей каждойгруппы и через соответствующие обратновключенные диоды - с объединенными выводами ( - +1)-го и (-,+2)-го транэисторо оных ключей каждой труппы, а обьединенныевыводы каждого 1 -гс и (4+1)-го последовательно соединенных конденсаторов цеписоединены через соответствующие прямовключенные диоды с объединенными выводами (1+1)-го и (1+2)-го транзисторныхключей каждой группы и через соответствующие обоатно включенные диоды - собъединенными выводами ( - ++1) го ии( - ++2)-го транзисторных ключей каждойгруппы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР492033, кл. Н 03 К 17/60, 1975,2. Зарецкий А. А. и др. Высоковольтный ключ для привода электроннооптического дефлекгора, Вопросы радиоэлектроники,сер. ЭВТ вып, 6, 1976,