Двухтактное ключевое устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве электронных коммутаторов ключевых усилителей и генераторов импульсных сигналов. Цель изобретения - повышение надежности - достигается введением ключа 10, резистора 8, конденсатора 9, порогового элемента. Устройство также содержит генератор 1 импульсных сигналов, двухканальный блок 2 запрета, ключевые элементы 3, 4, трансформатор 5, диоды 6, 7. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 03 К 17/60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

gà > A e )gg ° ° l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ улр (21) 4648673/21 (22) 07.02.89 (46) 15.08.91. Бюл. М 30 (72) В.А.Александров и В.А,Галахов (53) 621.382(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1383479, кл. Н 03 К 17/56, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1385287, кл. Н 03 К 17/60, 1986. (54) ДВУХТАКТНОЕ КЛЮЧЕВОЕ УСТРОЙСТВО

„„Я2„, 1670784 А1 (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве электронных коммутаторов ключевых усилителей и генераторов импульсных сигналов, Цель изобретения — повышение надежности достигается введением, ключа 10, резистора 8, конденсатора 9, порогового элемента. Устройство также содержит генератор 1 импульсных сигналов, двухканальный блок 2 запрета, ключевые элементы 3 и

4, трансформатор 5, диоды 6 и 7. 1 ил.

0 V

О

1670784

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в качестве электронных коммутаторов ключевых усилителей и генераторов импульсных сигналов, Цель изобретения — повышение надежности, На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, Двухтактное ключевое устройство содержит генератор 1 импульсных сигналов, вход которого является входом управления устройства, а прямой и инверсный выходы которого через двухканальный блок 2 запрета соединены с входами первого 3 и второго

4 ключевых элементов, выходы которых соединены с выводами первичной обмотки выходного трансформатора 5 и катодами первого 6 и второго 7 диодов соответственно, аноды которых соединены с первыми выводами резистора 8, конденсатора 9 и ключа 10,,а также — входом первого элемента 11, выход которого соединен с управляющим входом двухканального блока

2 запрета, а управляющий вход ключа 10 соединен с входом генератора 1 импульсных сигналов, причем вторые выводы конденсатора 9 и ключа 10, а также общие выводы ключевых элементов 3 и 4 соединены с общей шиной устройства, а второй вывод. резистора 8 соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора 5 и шиной питания, Генератор 1 импульсных сигналов при наличии на его входе сигнала управления U генерирует на выходах противофазные логические сигналы U>-1 и Ui-z. Причем длительность этих импульсов U> может быть либо неизменной, либо изменяемой по заданному закону (например, синусоидальному). Вид этих сигналов зависит от конкретного применения устройства и не является в данном случае существенным.

При отсутствии сигнала U управления, на обоих выходах генератора 1 импульсных сигналов напряжения равны нулю. Генератор 1 импульсных сигналов может быть реализован на основе стандартного генератора импульсов (например. мультивибратора или ШИ модулятора) требуемой длительности с прямым и инверсным выходами, причем после этих выходов включаются схемы "И", вторые входы которых являются входами генератора 1 импульсных сигналов.

При наличии на его управляющем входе сигнала U1-1 "1" сигналы с его входов проходят на выход без изменения. При нулевом сигнале U1-1 на выходах блока 2 сигналы

U2-1 и U2-2 также отсутствуют, 5

Ключевые элементы 3 и 4 в простейшем случае могут быть выполнены на силовых биполярных или полевых транзисторах.

Причем каскады их управления на фиг,1 не приведены, так как их реализация не существенна и определяется своими требованиями в каждом случае. При работе устройства на комплексную нагрузку силовые транзисторы ключевых элементов 3 и

4 шунтируются обратно включенными диодами, Трансформатор 5 содержит первичную обмотку с отводом от средней точки, Диоды 6 и 7 — маломощные импульсные диоды (например, КД 522А).

Резистор 8 при запертых диодах 6 и 7 обеспечивает включение порогового элемента 11, поэтому его величина должна быть значительно меньше входного сопротивления порогового элемента 11. Например, при использовании в качестве порогового элемента 11 компаратора 521СА2, резистор 8 должен иметь величину несколько сотен Ом.

Конденсатор 9 сглаживает напряжение на входе порогового элемента 11 во время переключения ключевых элементов. 8еличина конденсатора 9 должна быть достаточно малой, чтобы не вносить заметной задержки на включение порогового элемента 11: величина этой задержки определяется постоянной времени t Rg cg (обычно С9 составляет сотни пикофарад). Причем даже при отсутствии С9 устройство теоретически работоспособно, однако для исключения влияния помех на пороговый элемент 11 (снижающих устойчивость работы устройства) С9 целесообразно испольэовать, Ключ 10 в простейшем случае представляет собой инвертор и транзистор, шунтирующий конденсатор 9 при отсутствии сигнала U управления устройства, Пороговый элемент 11 при превышении его входного сигнала заданного уровня (определяющего предельно допустимое остаточное напряжение на ключевых элементах 3 и 4) вырабатывает на выходе нулевое напряжение. Он может быть реализован либо на стандартных компараторах, либо на триггерах Шмитта, либо иным образом по известным схемам.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии управляющего сигнала

U сигналы 01 на выходах генератора 1 импульсных сигналов отсутствуют и ключевые элементы 3 и 4 заперты, ключ 10 при этом включен и шунтирует вход порогового элемента 11, в результате чего на его выходе сигнал U11 имеет уровень "1".

1670784

При поступлении сигнала U возникает напряжение на одном из выходов генератора 1 (пусть на прямом), в результате чего ключевой элемент 3 открывается, а ключ

10 запирается, и напряжение на конденсаторе 9 определяется как сумма напряжений на ключевом элементе 3 и на диоде б (напряжением отсечки диода). Если ключевой элемент 3 открыт и падение напряжения на нем не превышает допустимого, то пороговый элемент 11 остается выключен. т.е. U11 = "1". Далее при исчезновении напряжения U1-1 на прямом выходе генератора 1 мгновенно возникает напряжение U1-2 на его инверсном выходе, приводящее к включению ключевого элемента

4. Ключевой элемент 3 при этом выключается. Причем вследствие того, что выключение практически всех силовых ключевых элементов (биполярных и полевых транзисторов) по длительности превышает их включение, ключевой элемент 4 включается раньше, чем выключается ключевой элемент 3.

Поэтому напряжение U9 на конденсаторе 9 при переключении ключевых элементов

3 и 4 соответствует поочередно остаточному напряжению на ключевых элементах 3 и 4 (без выброса напряжения U9 в момент переключений). Пока остаточное напряжение на открытых ключевых элементах не превышает заданной величины (0п) пороговый элемент 11 выключен, т.е. его выходное напряжение имеет уровень "1".

При снятии управляющего сигнала U c входа устройства, исчезают напряжения 01 на обоих выходах генератора 1 импульсных сигналов и соответственно 02 — на входах двухканального блока 2 запрета. В результате этого открытый ключевой элемент 3 (либо 4) запирается, В это же время входной сигнал U уровня "0" включает ключ 10, обеспечивающий практически мгновенное обнуление напряжения U9 на входе порогового элемента 11. В результате этого запирание обоих ключевых элементов 3 и 4 (во время паузы сигнала U) не приводит к включению порогового элемента 11, При поступлении управляющего сигнала устройство работает описанным выше образом.

В случае возрастания остаточного напряжения (например, U3) на любом включенном ключевом элементе (например, 3), вызванном либо перегрузкой двухкратного ключевого устройства по выходу, либо нарушением режима работы предварительных каскадов ключевого элемента, либо ухудшением усилительных свойств выходных элементов ключевого элемента и

10

15 сигнала U с входа устройства. При поступле20

30

40

55 т,п. возрастает напряжение U9 на входе порогового элемента 11. При увеличении этого напряжения U9 выше установленного порога Оп пороговый элемент в некий момент времени to включается: U11 принимает уровень логического нуля. Это приводит практически к мгновенному запиранию двухканального блока 2 запрета и соответственно запиранию ключевых элементов 3 и

4, что предотвращает перегрузку ключевых элементов 3 и 4 и выход устройства из строя, что и повышает его надежность, Пороговый элемент 11 находится во включенном состоянии до момента снятия нии следующего импульса сигнала U управления двухтактное ключевое устройство включается и работает аналогично описанному, Таким образом, в предлагаемом устройстве исключается повышение остаточного напряжения на включенных ключевых элементах выше заданной величины, что предотвращает рост потерь на ключевых элементах и значительно повышает надежность двухтактного ключевого устройства в условиях изменения режима работы ключевых элементов.

Вместе с тем, предлагаемое устройство обладает существенно более высокой надежностью, так как в нем предотвращается выход ключевых элементов из заданного ключевого режима не только при перегрузке его по выходу (как в известном), но и при изменении уровня сигнала управления ключевыми элементами, уменьшения коэффициента усиления силовых каскадов ключевых элементов, обусловленного снижением температуры окружающей среды, повышение радиации, возникновением дефектов в полупроводнике итп.

Формула изобретения

Двухтактное ключевое устройство, содержащее генератор импульсных сигналов, прямой и инверсный выходы которого через двухканальные элементы запрета соединены со входами первого и второго ключевых элементов соответственно, общие выводы которых соединены с общей шиной устройства. а выходы подключены к выводам первичной обмотки выходного трансформатора, средняя точка которой соединена с шиной питания, а также — первый и второй диоды, катоды которых подключены к выходам соответственно первого и второго ключевых элементов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, введены ключ. резистор, конден1670784

Составитель Л. Скобелева

Редактор Ю, Середа Техред М,Моргентал Корректор В, Гирняк

Заказ 2757 Тираж 451 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сатор и пороговый элемент, выход которого соединен с входом управления двухканального элемента запрета, а аноды первого и второго диодов соединены с входом порогового элемента и первыми выводами резистора, конденсатора и ключа, причем вторые выводы ключа и конденсатора соединены с общей шиной устройства, а второй вывод резистора — с шиной питания, при этом управляющий вход ключа соединен с

5 входом управления генератора импульсных сигналов,