Высоковольтный твердотельный переключатель

 

Изобретение относится к импульсной технике.. Ьжет быть использовано в устройствах коммутации линий связи и систем передачи данных. Цель изобретения - повышение надежности - достигается за счет изоляции по постоянному току цепей управления полевыми транзисторами 3, 5 от источников питания, управляющих сигналов и источника коммутируемого высоковольтного сигнала. Для этого в устройство введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, выпрямительный мост 7, два разделительных конденсатора 5, 6, инвертор 4, диод 10 и сглаживающий фильтр 11. На чертеже показаны высоковольтный переключатель 1, полевые транзисторы 2 и 3, инвертор 4, разделительные конденсаторы 5 и 6, выпрямительный мост 7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, конденсатор 9, диод 10, сглаживающий фильтр 11. Благодаря введенным элементам с соответствующими связями обеспечивад ется синфазное действие помех на затворы и истоки полевых транзисторов, чем достигается нечувствительность переключателя к помехам. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. СО /« О Ю j: ND flT/5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Al (511 4 Н 03 К 17/687, 17/60

13,", ...13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

SKS3H-.:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2733194/24-21 (22) 23.02.79 (31) 880833 (32) 24.02.78 (33) US (46) 07.04,87 Бюл. N - 13 (71) Интернэшнл Стандарт Электрик Корпорейшн (US) (72) Иосиф Перньеси (US) (53) 621.382(088.8) (56) Патент США, кл. 307-251, У 3942039, 02.03.76. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫИ

ПЕPEКЛЮЧАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульс. ной технике..>1ожет быть использовано в устройствах коммутации линий связи и систем передачи данных. Цель изобретения — повышение надежности †достигается за счет изоляции по постоянному току цепей управления полевы-ми транзисторами 3, 5 от источников питания, управляющих сигналов и источника коммутируемого высоковольтного сигнала. Для этого в устройство введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, выпрямительный мост 7, два разделительных конденсатора 5, 6, инвертор

4, диод 10 и сглаживающий фильтр 11.

На чертеже показаны высоковольтный переключатель 1, полевые транзисторы 2 и 3, инвертор 4, разделительные конденсаторы 5 и 6, выпрямительный мост

7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, конденсатор 9, диод 10, сглаживающий фильтр

11. Благодаря введенным элементам с соответствующими связями обеспечивается синфазное действие помех на затворы и истоки полевых транзисторов, чем достигается нечувствительность переключателя к помехам. 2 з.п, ф-лы, 1

13024

Изобретение относится к электрон ной .коммутационной технике и может быть использовано в устройствах коммутации линий связи и передачи данных, выполненных, в частности, в виде больших интегральных схем.

Цель изобретения — повышение надежности устройства за счет осуществления изоляции по постоянному току цепей управления полевыми транзисто- 10 рами как от источников питания и управляющих сигналов, так и от источника коммутируемого высоковольтного сигнала.

Цель достигается путем введения в устройство элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выпрямительного мостика, разделительных конденсаторов, инвертора, диода и сглаживающего фильтра, чем обеспечивается синфазное действие помех на затворы и истоки полевых транзисторов одновременно и, следовательно, нечувствительность переключателя к помехам, а также при возможности использования

25 низковольтных управляющих сигналов для переключения высоковольтных сигналов, На чертеже приведена принципиальная схема переключателя, Устройство содержит высоковольтный твердотельный переключатель 1, первый

2 и второй 3 полевые транзисторы, имеющие, например, MOII структуру, инвертор 4, первый 5 и второй 6 разделительные конденсаторы, выпрямитель- 35 ный мостик 7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 8, накопительный конденсатор 9, диод 10 и сглаживающий фильтр 11.

Затворы полевых транзисторов 2 и

3 объединены и подключены к первой выходной шине 12 сглаживающего фильтра 11, истоки тех же транзисторов подключены к второй выходной шине 13 сглаживающего фильтра 11, а их стоки подключены соответственно к шинам 14 и 15 переключаемой цепи.

Вход инвертора 4 соединен с шиной

16 управления и через первый разделительный конденсатор 5 — с первым вхо50 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 мостик ? содержит четыре диода 19-22, включенных по мо27 2 стовой схеме, и два резистора 23 и

24 утечки, Анод первого диода 19,. катод второго диода 20 и первый вывод первого резистора 23 утечки выпрямительного мостика 7 подключен к первому входу 17 выпрямительного мостика

7. Анод третьего диода 21, катод четвертога диода 22 и первый, вывод второго резистора 24, утечки выпрямительного мостика 7 подключены к второму входу 18 выпрямительного мостика 7.

Катоды первого 19 и третьего 21 диодов 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 выводу накопительного конденсатора 9.

Аноды второго 20 и четвертого 22 диодов и вторые выводы резисторов 23

1 и 24 утечки выпрямительного мостика

7 соединены с вторым выходом 27 выпрямительного мостика 7, который подключен к второй клемме 28 питания элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 и к второму выводу накопительного конденсатора 9.

Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 соединен 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 содержит параллельно включенные конденсатор

31 и резистор 32, первые выводы которых соединены с объединенными между собой первой входной 29 и первой выходной 12 шинами сглаживающего фильтра 11, Вторые выводы конденсатора 31 и резистора 32 сглаживающего фильтра

11 подключены к объединенным между собой второй входной 30 и второй выходной 13 шинам сглаживающего фильтра 11.

Шина 16 управления высоковольтного твердотельного переключателя 1 подключена к выходу Логического элемента

И-НЕ 33, на первый вход 34 которого подается серия синхронизирующих импульсов, а на второй вход — сигнал разрешения 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 7 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 13024 ника 40 питания относительно общей шины 39, Высоковольтный твердотельный переключатель 1 может быть конструктивно выполнен на одном полупроводниковом кристалле-чипе, например, по МОП технологии.

Устройство функционирует следующим образом.

В положении "Выключено" переключа- 10 тель 35 замыкается на первую клемму

36, и на соответствующий вход логического элемента И-НЕ 33 подается потенциал общей шины 39.

Синхронизирующие импульсы, посту- 15 пающие на первый вход 34 логического элемента И-HE 33 не проходят на его выход, подключенный к шине 16 управления высоковольтного твердотельного переключателя 1. 20

Благодаря наличию разделительных конденсаторов 5 и 6 входы 17 и 18 выпрямительного мостика 7 изолированы по постоянному току от шины 16 управления, источника 40 питания и общей шины 39. При этом напряжения на накопительном конденсаторе 9 вследствие наличия резисторов 23 и 24 утечки выпрямительного мостика 7 и на конденсаторе 31 сглаживающего фильтра 11, 30 равны нулю и, следовательно, напряжение затвор — исток полевых транзисторов 2 и 3 также равно нулю.

Полевые транзисторы при этом закрыты, проводимость между шинами 14 и 35

15 коммутируемой цепи отсутствует, т.е. высоковольтный твердотельный пе— реключатель 1 находится в разомкнутом состоянии.

В положении "Включено" переключа- 0 тель 35 замыкается на вторую клемму

37 (или третью клемму 38 при контрольном включении). В результате синхронизирующие импульсы с входа 34 логического элемента И-НЕ 33 передаются 45 с инверсией на шину 16 управления и вход инвертора 4. Импульсы, сформированные на входе и выходе инвертора 4, в противофазе через разделительные конденсаторы 5 и 6 поступают на входыЮ

17 и 18 выпрямительного мостика 7 и на входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8.

27 4 на 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 входы 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.Лементуев

ТехРед М.Ходанич КоРРектоР М.ШаРоши

Редактор А.Шандор

Заказ 1224/55 Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Поцписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 что все конструктивные элементы устройства могут быть выполнены на одном кристалле 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 10 напряжением на разделительных конденсаторах 5 и б.

Формула и з о б р е т е н и я

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, отличающийся 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 шийся тем, что выпрямительный мостик содержит четыре диода, включенных по схеме двухполупериодного выпрямителя.

3. Переключатель по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что полевые транзисторы имеют структуру металл— окисел г полупроводник.