Транзисторный переключатель с защитой от перегрузок

 

Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в качестве коммутатора в многоканальных системах телефонии, телеграфии, телемеханики и т.д. Цель изобретения - повышение эффективности защиты путем увеличения скважности импульсов, формируемых цепью защиты. Переключатель содержит силовой транзистор 1 и шунтирующий,его входную цепь защитный транзистор 2, оба прямого типа проводимости, управляющий транзистор 3 обратного типа проводимости и элемент 4 задержки . Цель изобретения достигается введением ключевого транзистора 11 прямого типа проводимости в эмиттерную цепь защитного транзистора, КМОП элемента РШИ-НЕ 13 в базовую цепь управляющего транзистора и КМОП RS-триггера 14, подключенного S-входом к шине тактовых импульсов, R-входом через элемент 4 задержки к коллектору ключевого транзистора, а выходом к одному из входов элемента ШШ-НЕ 13. 2 ил. С О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ng 4 Н 03 K 17/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3821280/24-21 .(22) 06. 12.84 (46) 07.01.89. Бкл. № 1 (72) Е.М. Громов и С.М. Герман . (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1167723, кл. Н 03 К 17/60, 1976 ° (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ С

ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК (57) Изобретение относится к автоматике и технике связи и может быть использовано в качестве коммутатора в многоканальных системах телефонии, телеграфии, телемеханики и т.д. Цель изобретения — повышение эффективности защиты путем увеличения скважности импульсов, формируемых цепью

ÄÄSUÄÄ 1450100 А1 защиты. Переключатель содержит силовой транзистор 1 и шунтирующий.его о входную цепь защитный транзистор 2, оба прямого типа проводимости, управляющий транзистор 3 обратного типа проводимости и элемент 4 задержки. Цель изобретения достигается введением ключевого транзистора 11 прямого типа проводимости в эмиттерную цепь защитного транзистора, КМОП элемента ИЛИ-НЕ 13 в базовую цепь управляющего транзистора и

КМОП RS-триггера 14, подключенного

S-входом к шине тактовых импульсов, R-входом через элемент 4 задержки к коллектору ключевого транзистора, а выходом к одному из входов элемента ИЛИ-НЕ 13. 2 ил.

1450100

Изобретение относится к автоматие и технике связи и может быть исользовано в качестве коммутатора в

Многоканальных системах телефонии, телеграфии, телефеханики и т.д.

Цель изобретения — повышение эффективности защиты путем увеличения скважности импульсов, формируемых

"цепью защиты. 10

На фиг. 1 представлена принципи альная электрическая схема транзисорного переключателя с защитой от ерегрузок; на фиг. 2 — принципиальая схема двухтактного тарнзисторного15 ереключателя.

Транзисторный переключатель с за,итой от перегрузок содержит сило(ой транзистор 1 и шунтирующий его ходную цепь. защитный транзистор 2, ба прямого типа проводимости, упавляющий транзистор 3 обратного типа проводимости и элемент 4 заержки, причем силовой транзистор подключен эмиттером через резистор !

5, датчик тока, к шине 6 напряжения итания, коллектором через прямосмещенный диод 7 — к выходной шине 8> защитный транзистор 2 соединен базой эмиттером силового транзистора 1, 30 коллектором — с базой силового транзистора 1 непосредственно и через то(( коограничительный резистор 9 — с коллектором управляющего транзистора 3, подключенного эмиттером к общей шине 10. В устройство введены ключевой транзистор 11 прямого типа проводимости, база-эмиттерный переход которо"

ro шунтирован резистором 12, двухвходовой КМОП элемент ИЛИ-НЕ 13 и 40

RS-триггер 14 на КМОП элементах, подключенный S-входом к шине 15 тактовых импульсов, при этом эмиттер защитного транзистора 2 соединен с базой ключевого транзистора 11, эмит-45 тер которого подключен к шине 6 напряжения питания, а коллектор через элемент 4 задержки — к В.-входу RSтриггера 14, инвертирующий выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 13, подключенного вторым входом к шине 16 входных сигналов, а выходом — к базе управляющего транзистора 3.

Транзисторный переключатель работает следующим образом.

При изменении сигнала на входной шине 16 с уровня логической "1" на уровень логического "0" при условии, что с выхода RS-триггера 14 на первый вход элемента ИЛИ-HE 13 поступает сигнал, соответствующий "0", на выходе элемента ИЛИ-НЕ 13 устанавливается уровень "1", при этом управляющий транзистор 3 открывается и открывает силовой транзистор 1. На выходную шину 8 через открытый транзистор 1 и диод 7 поступает напряже(. ние с шины 6 напряжения питания, происходит заряд емкостной нагрузки.

При этом ток, протекающий через резистор 5, возрастает до величины отпирания транзистора 2, который, открываясь, призакрывает силовой транзистор 1, чем обеспечивает ограничение тока заряда емкостной нагрузки, протекающего через него. При открывании транзистора 2 открывается также транзистор 11, потенциал с шины

6 через открытый транзистор 11 поступает на элемент 4 задержки, а с его выхода — на R-вход RS-триггера 14.

Элемент задержки может быть выполнен, например, íà RC-элементах и представляет собой последовательно соединенные зарядный резистор и конденсатор, параллельно которому подсоединен разрядный резистор, при этом вторые концы конденсатора и разрядного резистора подключены к. общей шине 10 питания. При открывании транзистора 11 происходит заряд конден1 сатора элемента 4 задержки через зарядный резистор, а при закрывании транзистора 11 — разряд конденсатора через разрядный резистор элемента 4 задержки.

RS-триггер 14 остается в первоначальном состоянии до тех пор, пока напряжение на .конденсаторе элемента задержки не достигает величины порога срабатывания R-входа RS-триггера 14„ при этом для исключения влияния ложного срабатывания RS-триггера 14 на работу устройства в нормальном режиме необходимо, чтобы время заряда конденсатора элемента 4 задержки до порога срабатывания RSтриггера t4 было бы больше времени перезаряда максимально возможной емкости нагрузки.

Элемент 4 задержки может быть также реализован на интегральных схемах на КМОП элементах, например двух последовательно включенных тактируемых одной частотой D-триггерах и двухвходовой схеме ИЛИ-HE.

3 14501

После окончания перезаряда емкостной нагрузки ток, протекающий через резистор 5, уменьшается до величины, определяемой активным сопротивлением нагрузки. При этом транзистор 2 закрывается, транзистор 1 насьпцается, при этом на нем рассеивается незначительная мощность. Одновременно прекращается заряд конденсатора элемента 4 задержки, так как транзистор

11 закрывается.

При изменении на шине 16 уровня сигнала с "0" на "1" на выходе элемента ИЛИ-НЕ 13 устанавливается уровень 0 (т.е. сигнал низкого уровня)

l l l l

15 и транзисторы 3 и 1 закрываются.

Транзисторы 2 и 11 продолжают оставаться закрытыми. На R-вход RS-триггера 14 с элемента 4 задержки поступает сигнал "0", а с шины 15 íà Sвход поступают импульсы, удерживающие

KS-триггер 14 в исходном состоянии (на инверсном выходе — уровень "0").

Работа переключателя при перегрузках происходит следующим образом.

Перегрузкой транзисторного переключателя принято считать режим, при котором силовой транзистор непрерывно работает в режиме ограничения тока.

При этом транзистор 2 постоянно приоткрыт, ограничивая ток через транзистор 1 и обеспечивая открывание транзистора 11. Через открытый тран- . зистор 11 напряжение питания переда- 35 ется на элемент 4 задержки. Через время, равное времени задержки элемента 4, на вход RS-триггера 14 поступает сигнал "1". На инверсном выходе RS-триггера 14 устанавливается 40 уровень "1" и независимо от полярности сигнала на шине 16 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 13 устанавливается сигнал с уровнем "0".

Транзисторы 3 и 1 закрываются. 45

Следовательно, закрываются транзисторы 2 и 11 и на выходе элемента 4 устанавливается "1". . Транзисторы 3 и 1 остаются закрытыми до тех пор, пока с шины 15 íà 50

S-вход RS-триггера 14 не поступает очередной импульс (логическая единица) . При поступлении этого сигнала RS-триггер 14 перебрасываетея в исходное состояние и разрешает прохождение сигнала с шины 16 входных

,сигналов. При сохранении режима пе регрузки описанный вьппе процесс повторяется. Диод 7 необходим для защиты

00 4 элементов транзисторного переключателя от напряжения встречной батареи, превышающей напряжение на шине 6 напряжения питания.

Таким образом, мощность, рассеиваемая на силовом транзисторе при перегрузке, будет тем меньше, чем больше отношение периода импульсной последовательности, поступающей на шину 15 тактовых импульсов к времени задержки в элементе 4 задержки, т.е. рассеиваемая мощность в режимах перегрузки может быть уменьшена в

1000 раз °

На основе предлагаемого переключателя легко может быть построен двухтактный переключатель с защитой от перегрузок.

Двухтактный переключатель содержит все элементы предлагаемого .одно" тактного переключателя и дополнен четырьмя транзисторами 17-20 типов проводимости, противоположных проводимостям транзисторов 1, 2, 3,. 11 соответственно. При этом становится возможным использовать общие для двух плеч элемент 4 задержки и .

RS-триггер 14. Для этого коллектор транзистора 20 через резистор 21 подключают к базе транзистора 11, а базу управляющего транзистора 19 подключают к шине 16 входных сигналов через КМОП элемент ИЛИ-НЕ 22, второй вход которого соединен с прямым выходом RS-триггера 14.

Питание всех KMOII элементов осуществляется от двухполярного источника питания (положительного и отрицательного), общая точка которого подключена к общей шине 10, а на шину 16 входных сигналов и шину 15 тактовых импульсов должны подаваться двухполярные сигналы.

Предлагаемый транзисторный переключатель позволяет снижать мощность, рассеиваемую выходными транзисторами при перегрузках в тысячи раз, до любого необходимого значения. Благодаря этому значительно улучшается тепловой режим переключателя, т.е.. повьппается его надежность. Эффективность использования предлагаемого переключателя возрастает в многоканальных системах, так как при этом для нескольких переключателей используется одна общая установочная шина и один генератор тактовых импульсов.

1450100

Составитель И. Горелова

Корректор В. Бутяга

Редактор Г. Волкова

Техред М.Дидык

Заказ 6975 54 Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4

Дополнительным преимуществом предлагаемого,переключателя является возможность микросхемного исполнения.

Формула изобретения

Транзисторный переключатель с защитой от перегрузок, содержащий силовой,транзистор и шунтирующий его

1 входную цепь защитный транзистор оба прямого типа проводимости, управляющий транзистор обратного типа про,водимости и элемент задержки, причем силовой транзистор подключен эмиттером через резистор к шине напряжения питания, коллектором через прямосме.,щенный диод — к выходной шине, а защитный транзистор соединен базой e эмиттером силового транзистора, коллектором — с базой силового тран"

;зистора непосредственно и через токо(,ограничительный резистор —. с коллекто ром управляющего транзистора, подключенного эмиттером к общей шине, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты путем увеличения скважности импульсов, формируемых цепью защиты, введены дополнительный ключевой транзистор прямого типа проводимости, база — эмиттерный переход которого шунтирован резистором, двухвходовый

КМОП, элемент ИЛИ-НЕ и RS-триггер на КМОП элементах, подключенный Sвходом к шине тактовых импульсов, при этом эмиттер защитного транзистора соединен с базой дополнительного ключевого транзистора, эмиттер которого подключен к шине питания, а коллектор через элемент задержки— к R-входу RS-триггера, инвертирующий выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ, подключенного вторым входом к шине входных сигналов, а выходом - к базе управляющего транзистора.