Высоковольтный твердотельный переключатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) П 1) 51)4 Н 0 7 687, 17/60 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРС 194/24-212.79332. 78 о товы ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7 1) Интернэшнл Стандарт Электрик К порейшн (ПЯ)(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к импульс ной техникеГ 1 ожет быть использовано в устройствах коммутации линий связи и систем передачи данных. Цель изобретения - повьппение надежности вдостигается за счет изоляции по пос янному току цепей управления поле ми транзисторами 3, 5 от источниковпитания, управляющих сигналов и источника коммутируемого высоковольтного сигнала, Для этого в устройствовведены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8,выпрямительный мост 7, два разделительных конденсатора 5, 6, инвертор4, диод 10 и сглаживающий фильтр 11.На чертеже показаны высоковольтный переключатель 1, полевые транзисторы 2и 3, инвертор 4, разделительные конденсаторы 5 и 6, выпрямительный мост7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, конденсатор 9, диод 10, сглаживающий фильтр11. Благодаря введенным элементам ссоответствующими связями обеспечивается синфазное действие помех на затворы и истоки полевых транзисторов,чем достигается нечувствительностьпереключателя к помехам, 2 з,п, ф-лы,13024Изобретение относится к электронной .коммутационной технике и можетбыть использовано в устройствах коммутации линий связи и передачи данных, выполненных, в частности, в видебольших интегральных схем,Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет осуществления изоляции по постоянному токуцепей управления полевыми транзисторами как от источников питания и управляющих сигналов, так и от источникакоммутируемого высоковольтного сигнала.Цель достигается путем введения в 15устройство элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,выпрямительного мостика, разделительных конденсаторов, инвертора, диодаи сглаживающего фильтра, чем обеспечивается синфазное действие помех назатворы и истоки полевых транзистороводновременно и, следовательно, нечувствительность переключателя к помехам,а также при возможности использования25низковольтных управляющих сигналовдля переключения высоковольтных сигналов,На чертеже приведена принципиальная схема переключателя,Устройство содержит высоковольтныйтвердотельный переключатель 1, первый2 и второй 3 полевые транзисторы,имеющие, например, МОП структуру, инвертор 4, первый 5 и второй 6 разделительные конденсаторы, выпрямительный мостик 7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 8, накопительный конденсатор 9,диод 10 и сглаживающий фильтр 11.Затворы полевых транзисторов 2 и3 объединены и подключены к первой фвыходной шине 12 сглаживающего фильтра 11, истоки тех же транзисторовподключены к второй выходной шине 13сглаживающего фильтра 11, а их стокиподключены соответственно к шинам 14и 15 переключаемой цепи,Вход инвертора 4 соединен с шиной 16 управления и через первый разделительный конденсатор 5 - с первым вхо 50 дом 17 выпрямительного мостика 7 и с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8. Выход инвертора 4 через второй разделительный конденсатор 6 соединен с вторым входом 18 выпрямительного мостика 7 и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8.Выпрямительный мостиксодержит четыре диода 19-22, включенных по мо 27 2стовой схеме, и два резистора 23 и24 утечки, Анод первого диода 19,. катод второго диода 20 и первый выводпервого резистора 23 утечки выпрямительного мостика 7 подключен к первомувходу 17 выпрямительного мостика7. Анод третьего диода 21, катод четвертога диода 22 и первый, вывод второго резистора 24, утечки выпрямительного мостика 7 подключены к второмувходу 18 выпрямительного мостика 7,Катоды первого 19 и третьего 21диодов выпрямительного мостика 7 соединены с первым выходом 25 выпрями -тельного мостика 7 который подключен к первой клемме 26 питания элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к первому вы.воду накопительного конденсатора 9.Аноды второго 20 и четвертого 22диодов и вторые выводы резисторов 231и 24 утечки выпрямительного мостика7 соединены с вторым выходом 27 выпрямительного мостика 7, который подключен к второй клемме 28 питания элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 и к второмувыводу накопительного конденсатора 9.Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8соединен с анодом диода 10, катод которого подключен к первой входной шине 29 сглаживающего фильтра 11, вторая входная шина 30 которого подключена к второму выходу 27 выпрямительного мостика 7.Сглаживающий фильтр 11 содержитпараллельно включенные конденсатор31 и резистор 32, первые выводы которых соединены с объединенными междусобой первой входной 29 и первой выходной 12 шинами сглаживающего фильтра 11, Вторые выводы конденсатора 31и резистора 32 сглаживающего фильтра11 подключены к объединенным междусобой второй входной 30 и второй выходной 13 шинам сглаживающего фильтра 11,Шина 16 управления высоковольтноготвердотельного переключателя 1 подключена к выходу Логического элементаИ-НЕ 33, на первый вход 34 которогоподается серия синхронизирующих импульсов, а на второй вход - сигналразрешения коммутации от переключателя 35, на первую 36, вторую 37 и третью 38 клеммы которого поданы соответственно сигналы общей шины 39, источника 40 питания и блока 41 контроля.Питание инвертора 4 и логического элемента И-НЕ 33 осуществляется от источВыпрямительный мостик на диодах 19-22 выполняет функцию двухполупери 55 одного выпрямителя импульсных сигналов, поступающих на входы 17 и 18 выпрямительного мостика. В результате чего несколько циклов синхроимпульсов 3 13024ника 40 питания относительно общейшины 39,Высоковольтный твердотельный переключатель 1 может быть конструктивновыполнен на одном полупроводниковомкристалле-чипе, например, по МОП технологии.Устройство функционирует следующимобразом.В положении "Выключено" переключатель 35 замыкается на первую клемму36, и на соответствующий вход логического элемента И-НЕ 33 подается потенциал общей шины 39.Синхронизирующие импульсы, поступающие на первый вход 34 логическогоэлемента И-НЕ 33 не проходят на еговыход, подключенный к шине 16 управления высоковольтного твердотельногопереключателя гоБлагодаря наличию разделительныхконденсаторов 5 и 6 входы 17 и 18 выпрямительного мостика 7 изолированыпо постоянному току от шины 16 управления, источника 40 питания и общейшины 39. При этом напряжения на нако.пительном конденсаторе 9 вследствиеналичия резисторов 23 и 24 утечки выпрямительного мостика 7 и на конденсаторе 31 сглаживающего фильтра 11, 30равны нулю и, следовательно, напряжение затвор - исток полевых транзисторов 2 и 3 также равно нулю.Полевые транзисторы при этом закрыты, проводимость между шинами 14 и 3515 коммутируемой цепи отсутствует,т,е. высоковольтный твердотельный переключатель 1 находится в разомкнутомсостоянии.В положении "Включено" переключатель 35 замыкается на вторую клемму37 (или третью клемму 38 при контрольном включении), В результате синхронизирующие импульсы с входа 34 логического элемента И-НЕ 33 передаются 45с инверсией на шину 16 управления ивход инвертора 4. Импульсы, сформированные на входе и выходе инвертора 4,в противофазе через разделительныеконденсаторы 5 и 6 поступают на входы 5017 и 18 выпрямительного мостика 7 ина входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8. 27 4на накопительном конденсаторе 9 формируется напряжение, которое служит источником питания элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ работает таким образом, что, когда на его входы поступают сигналы в противофазе, на его выходе формируется сигнал высокого уровня, близкий по величине к напряжению между первой 26 и второй 28 клеммами питания этого элемента.Сигнал высокого уровня с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 проходит через диод 10, сглиживается конденсатором 31 сглаживающего фильтра 11 и поступает на затворы полевых транзисторов 2 и 3 относительно потенциала их истоков, В результате полевые транзисторы 2 и 3 открываются и на их затворах независимо от величины и знака коммутируемого напряжения поддерживается открывающий эти транзисторы потенциал. Поэтому величина открывающего напряжения между затвором и истоком полевого транзистора может быть весьма незначительной по сравнению с величиной коммутируемого сигнала, подаваемого на шины 14 и 15 переключаемой цепи. При открытых полевых транзисторах 2 и 3 между шинами 14 и 15 переключаемой цепи образуется низкоомная проводящая цепь и протекает ток нагрузки, т.е. высоковольтный твердотельный переключатель 1 замкнут,Повышенная надежность устройства проявляется в том, что в выключенном состоянии переключателя полевые транзисторы 2 и 3 всегда надежно закрыты, так как элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ вырабатывает открывающий эти транзисторы сигнал только тогда, когда на его вхо. ды действуют противофазные сигналы, При наличии помехи со стороны высоковольтной коммутируемой цепи, благодаря наличию разделительных конденсаторов 5 и 6, сглаживающего фильтра 11, напряжение помехи действует синфазно на оба входа элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8. При этом напряжение на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ относительно второй выходной шины 13 сглаживающего фильтра 11 остается равным нулю и, следовательно, напряжение затвор - исток полевых транзисторов 2 и 3 также равно нулю, что обеспечивает их закрытое состояние.Повышение надежности устройства осуществляется также за счет того,1302427 Составитель В,ЛементуевТехред М.Ходанич Корректор М,Шароши Редактор А.Шандор Заказ 1224/55 Тираж 902ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Поцписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 что все конструктивные элементы устройства могут быть выполнены на одномкристалле в виде интегральной схемы,так как устройство не содержит традиционных элементов развязки - трансформаторов или оптронов,Максимально допустимое коммутируемое напряжение ограничено в устройстве пробивным напряжением сток - исток полевых транзисторов и допустимым 10напряжением на разделительных конденсаторах 5 и б. Формула изобретения15 1. Высоковольтный твердотельный , переключатель, содержащий первый и второй полевые транзисторы, истоки которых объединены, затворы транзисторов объединены, а стоки подключены 20 соответственно к шинам переключаемой цепи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, введены инвертор, первый и второй разделительные конденсаторы, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выпрямительный мостик, диод и сглаживающий Фильтр, причем вход инвертора соединен с шиной управления и через первый разделительный конденсатор - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и первым входом выпрямительного мостика, а выход инвертора через второй разделительный конденсатор соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и с вторым входом выпрямительного мостика, выходы которого подключены к клеммам питания элемента .ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с анодом диода, катод которого подключен к первой входной шине сглаживающего фильтра, вторая входная шина которого соединена с одним из выходов выпрямительного мостика, затворы полевых транзисторов подключены к первой выходной шине сглаживающего фильтра, вторая выходная шина которого соединена с истоками полевых транзисторов.2. Переключатель по п,1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что выпрями- тельный мостик содержит четыре диода, включенных по схеме двухполупериодного выпрямителя.3. Переключатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что полевые транзисторы имеют структуру металл - окисел г полупроводник.