Высоковольтный переключатель

(50 АНИ БРЕТЕНИ ТЕЛЬСТ 24-2 ельство СССР 17/08, 1985. ство СССР 17/60, 1985. с(57) Изобретение о ной технике и може осится к импу быть использо ЯР ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯРИ ГННТ СССР) ВЫСОКОВОЛЬТНЫИ ПЕРЕКЛЮЧ в импульсных передатчиках и устав. вках для ускорения заряженных частиц, Цель изобретения - повьппение надежности, высоковольтного переключателя, Введение резисторов 11-111-(М) и 12-112-(М), блоков 13-113-(М -1) защиты и новых связей в высоковольтный переключатель позволи ло при коротком замыкании в нагрузке 24 осуществить дополнительный разряд конденсаторов 6-16-(М) и создат запирающий потенциал на Б-Э-переходе транзисторов 1-21-М, что защищает их от перегрузки. 1 ил.Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано вимпульсных передатчиках и установкахдля ускорения заряженных частиц,Цель изобретения - повышение надежности высоковольтного переключателя за счет обеспечения защиты ключевых транзисторов от перегрузки прикоротких замыканиях в нагрузке.На чертеже представлена схема высоковольтного переключателя.Высоковольтный переключатель содержит М ключевых транзисторов 1-11-М первого типа проводимости, М первых и Мвторых диодов 2-12-М и3-13-М, Мтретьих диодов 4-14"(И), четвертьй диод 5, М конден саторов 6-16-М, М первых и М вто рых резисторов 7-17-М и 8-18-М, 20Мтретьих резисторов 9-19-(М), источник 10 питания, Мчетвертыхрезисторов 11-111-(М -1), Мпятых резисторов 12-112-(М) и Мблоков 13-1 13-(М) защиты. 25Каждый из блоков 13-113-(М)защиты содержит первый разрядньйтранзистор 14 первого типа проводимости, второй разрядньй трензистор15 второго типа проводимости, пятый16, шестой 17 и седьмой 18 диоды. дифференцирующую цепь 19, шестой 20и седьмой 21 резисторы.Эмиттер первого ключевого транзистора 1-1 подключен к общей шине 22 и через соответствующие первьй резистор7-1 и первый диод 2-1, которые соеди" иены параллельно, к входной шине 23 и базе первого транзистора 1-1, база каждого последующего транзистора 1-21-М через соответствующие пер.вый резистор 7-27-М и первый диод 2-22-М, которые включены параллельно, соединена с первым выводомсоответствующего предыдущего конденсатора 6-16-(М-.1) и через соответствующие третий резистор 9-19-(М) и третий диод 4-14"(М), которые включены параллельно, с общей шиной 22 коллектор каждого ключевого транЭ 50 зистора 1-1 1-М через соответствующие второй резистор 8-18-М и второй диод 3-13-М, которые включены параллельно, соединен с одной шиной источника 10 питания, другая шина которого подключена к общей шине 22, коллектор М-го транзистора 1-М соединен с одним выводом М-го конденсатора б-М, другой вывод которого подключен через четвертый диод 5 и нагрузку 24,которые соединены. параллельно, к общей шине 22, эмиттер каждого последующего ключевого транзистора 1-21-М через соответствующий четвертыйрезистор 11-111-(М) подключен кпервому выводу соответствующего предыдущего конденсатора 6-16"(М),второй вывод которого через соответствующий пятый резистор 12-112-(М)соединен с коллектором соответствующего предыдущего ключевого транзистора 1-11-(М), коллектор каждого последующего ключевого транзистора1-21-М подключен к одному входусоответствующей дифференци 1.ующей цепи 19, другой вход которой соединенс первым выводом соответствующегопредыдущего конденсатора 6-16;(М)и через шестой резистор 20 - с первыми выводами пятого 16 и шестого 17 диодов, базой первого разрядного транзистора 14, эмиттер которого подклю" чен к второму выводу пятого диода 16 и эмиттеру данного ключевого транзис" тора 1-21-М, второй вывод шестого диода 17 соединен с выходом дифферен" цирующей цепи 19, коллектор первого разрядного транзистора 14 через седьмой резистор 21 подключен к коллектору второго разрядного транзистора15, база которого соединена с коллекторои.соответствующего предыдущегоключевого транзистора 1-11-(М) и одним выводом седьмого диода 18, другой вывод которого подключен к эмиттеру второго разрядного транзистора 15 и второму выводу соответствующего предыдущего конденсатора 6-16-(М-.1) .Высоковольтный переключатель работает следующим образом.В исходном состоянии в паузах между импульсами все транзисторы 1-11-М, 14 и 15 заперты. Лри этом от источника 10 происходит заряд конденсаторов 6-16-М., Ток заряда конденсатора 6-1 при этом протекает по це пи". положительный полюс источника.10 - резистор 8-1 - диод 18 - кондейсатор 6-1 - диод 2-2 - диод 4-1 - общая шина 22 и отрицательнык полюс источника 10. Аналогично протекают токи заряда остальных конденсаторов, кроме М-го (6-М). Заряд конденсатора 6-М происходит током, протекающим от .,источника 1 О через резистор 8-Ы и диод 5. В процессе заряда всех кон5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55,разряда конденсаторов 6-16-(М),5146 денсаторов 6-16-(М) на диодах 18 и 2-22-М создаются отрицательные перепады напряжений, запирающие транзисторы 1-2 1-М и 15. Диоды 3-1,.3-М в это время заперты. К концу заряда все конденсаторы 6-16-М заряжаются до напряжения Е источника 10 питания с полярностью, укаэанной на чертеже.При подаче импульса положительной полярности с заданной длительностью на базу транзистора 1-1 он отпирается и к резисторам 7-2 и 9-1 прикладывается отрицательный перепад напряжения относительно общей шины 22, равный напряжению Е на конденсаторе 6-1 и запирающий диоды 2-2 и 4-1, На резисторе 7-2 и база-эмиттерном переходе транзистора 1-2 образуется положительный перепад напряжения, в результате чего транзистор 1-2 отпирается. Аналогично происходит отпирание .всех остальных ключевых транзисторов, В результате к нагрузке 24 прикладывается отрицательный импульс напряжения.После окончания положительного импульса на базу транзистора 1-. 1 подается отрицательный запирающий импульс, амплитуда которого ограничива.ется диодом 2-1. Транзистор 1-1 запи. рается, и напряжение на его коллекторе возрастает до величины, несколько меньшей Е,вследствие частичного разряда конденсатора 6-1 за время импульса.После этого аналогично описанному начинает идти ток заряда конденсатора, образующийся отрицательный перепад напряжения на диоде 2-2 поступает на базу транзистора 1-2 и обеспечивает ускоренное его запирание. Аналогично происходит и запирание всех остальных ключевых транзисторов. В результате на нагрузке 24 формируется срез им- пульса и элементы переключателя возвращаются в исходное состояние.В процессе запирания ключевых ,транзисторов может возникнуть ситуация, когда после запирания, например, транзистора 1-1, остальные транзисто.- ры еще остаются открытыми (из-за разброса времен рассасывания). В резуль" .тате к коллектору транзистора 1-1 в течение некоторого времени может оказаться приложенным напряжение, близкое к МЕ, которое существует на конденсаторах 6-1 - 6-М, включенных последовательно через открытые транзис 5996 6 торы 1-1 " 1-М, Однако при этом происходит отпирание диода 3-.1, благодаря чему обеспечивается путь для разряда указанных конденсаторов через нагрузку 24 и источник 10 питания. Величина напряжения на коллекторе транзистора 1-1 в этих условиях не превышает величины Е напряжения источника 10. Аналогично защищены и другие транзисторы (в результате отпирания диодов 3-2 - 3-М)При отпирании транзисторов 1-1 1-М в нормальном режиме работы в про" цессе формирования фронта импульса напряжение на их коллекторах уменьшается; на выходах дифференцирующих цепей 19 образуются отрицательные импульсы, которые запирают диоды 17, в результате транзисторы 14 остаются запертыми. На резисторах 11-111-(М) в результате протекания то ка нагрузки образуются положительные импульсы, ограничиваемые по амплиту-, де диодами 16 и запирающие транзисторы 14. На резисторах 12-112-(И-)одновременно образуются отрицательныйимпульсы, поступающие на базы транзисторов 15 и отпирающие их. При нор" мальной работе переключателя во время импульсов транзистор 14 заперт а 15 - открыт, поскольку они соединены последовательно, то ток через них не проходит и они не оказывают влияния на работу переключателя. Блоки защиты 13-113-(И) в этих условиях не работают. Во время формирова- . ния среза импульсов на коллекторах транзисторов 1-21-М в процессе их запирания образуются положительные перепады напряжения, они дифференци" руются цепями 19, на их выходах появляются положительные импульсы. Они отпирают диоды 17 и транзисторы 14. Ток нагрузки, протекающий через транзисторы 1-2 1-М и резисторы 12-112-(М), в это время еще идет, благодаря чему транзистор 15 отпирается.В результате через транзисторы 14, 15 и резисторы 11-111-(М) протекают токи разряда конденсаторов 6-16-(М), что обеспечивает ускоренное запирание транзисторов .1-21-М, Резисторы 21 ограничиьают токи При коротком замыкании нагрузки24 во время импульса напряжение на ней обращается в нуль, а к открытым транзисторам прикладывается положи71465996 8 25изобретения Формула Д.Иванов рдюкова Корректор М.Максимишинец Заказ 3119 Тираж 884 , ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,101 т ельный перепад напряжения, примерноравный МГ. Зтот переыад дифференцируется цепями 19, ыа их выходах появляются положительные импульсы от пирающие диоды 7 и транзисторы 14 в блоках защиты 13-113-(М), В результате через открытые транзисторы 14 и 15, включенные последовательно, происходит разряд конденсаторов 6-1 б-(М); на резисторах 11-111-(М) при этом образуются положительные импульсы с увеличенной амплитудой, обеспечивающие быстрое запирание ключевых транзисторов 1-2..1-М по эмиттерам. Таким образом,при коротком замыкании в нагрузке 24 блоки защиты 13-113-(М) обеспечивают запирание транзисторов 1-2 - 1-М.Надежность предлагаемого высоковольтного переключателя выше чем у известных за счет обеспечения защиты ключевых транзисторов от перегрузки при коротких замыканиях в нагрузке. Высоковольтный переключатель, содержащий М ключевых транзисторов первого типа проводимости, М первых и М вторых диодов, Мтретьих диодов, ,четвертый диод, М конденсаторов, М первых и М вторых резисторов, Мтретьих резисторов, источник питания, эмиттер первого ключевого транзистора подключен к общей шине и через со 35ответствующие, первый резистор и первый диод, которые соединены параллельно, к входной шине и базе первого транзистора, база кажцого последующего транзистора через соответствующие первый резистор и первый диод, которые включены параллельно, соедииена с первым выводом соответствующего предьдущего конденсатора и через соответствующие третий резистор и третий диод, которые включены параллельно, с общей шиной, коллектср каждого ключевого транзистора через со ответствующие второй резистор и второй диод, которые включены параллельСоставительРедактор Н,Киштулинец Техред Л,Се но, соединен с одной шиной источникапитания, другая шина которого подключена к общей шине, коллектор М-готранзистора соединен с одним выводомМ-го конденсатора, другой вывод которого подключен через четвертый диоди нагрузку, которые соединены параллельно, к общей шине, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности введены Мчетвертых резисторов, Мпятых резисто"ров и Мблоков зашиты, каждый изкоторых содержит первый разрядныйтранзистор первого типа проводимости,второй разрядный транзистор второготипа проводимости, пятый,шестой иседьмой диоды, дифференцирующую цепьшестой и седьмой резисторы, эмиттеркаждого последующего ключевого транзистора через соответствующий четвертый резистор подкпючен к первому выводу соответствующего предьдущегоконденсатора, второй вывод которогочерез соответствующий пятый резисторсоединен с коллектором соответствующего предьдущего ключевого транзистора, коллектор каждого последующего ключевого транзистора подключен к одномувходу соответствующей дифференцирующейцепи, другой вход которой соединен с первым выводом соответствующего предьдущего конденсатора и через шестой резисторс первыми выводами пятого и шестогодиодов, базой первого разрядного транзистора, эмиттер которого подключенк второму выводу пятого диода и эмиттеру данного ключевого транзистора,второй вывод шестого диода соединенс выходом дифференцирующей цепи, коллектор первого разрядного транзистора через седьмой резистор подключенк коллектору второго разрядного транзистора, база которого соединена с кол-лектором соответствующего предьдущегоключевого транзистора и одним выводомседьмого диода, другой вывод которого подключен к эмиттеру второго разрядного транзистора и второму выводусоответствующего предьдущего конденсатора,