МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ ОТ ТИРИСТОРНОГО ЭФФЕКТА

Полезная модель относится к области радиотехники и предназначена для использования на борту космических аппаратов в качестве активного устройства защиты электроники от тиристорного эффекта (защелкивания), возникающего в комплиментарных металлооксидных полупроводниковых структурах при попадании в чувствительный объем микросхемы тяжелой заряженной частицы, и перегрузки по току. Защита полезной нагрузки обеспечивается ее быстрым отключением от источника питания и шунтированием емкостей в цепи питания нагрузки с целью предотвращения их разрядки на защелкнувшуюся микросхему.
Известно устройство «Электрическая схема защиты интегральных КМОП микросхем от перегрузки» (United States Patent, patent number 5,392,186), состоящее из датчика защелкивания, блока формирования опорного напряжения, триггера, сигнализатора, гетеродина, системы накачки заряда и основного ключа. Схема детектирует скачкообразное увеличение тока в цепи и обесточивает нагрузку. Недостатками являются необходимость установки и настройки такого устройства для каждого канала напряжения в защищаемом устройстве, а также недостаточно высокое быстродействие. Кроме того, при отключении только одного канала питания сохраняется вероятность выхода из строя полезной нагрузки.
Задачами полезной модели является устранение выявленных в прототипе недостатков, а именно достижение:
1) синхронного отключения всех каналов по напряжению питания в случае скачка тока в любом из них;
2) повышенной скорости срабатывания.
Данная задача решается за счет того, что известное одноканальное устройство защиты, содержащее триггер и основной ключ, выполняется в многоканальном варианте с количеством каналов, соответствующим количеству каналов напряжения питания, в каждый из каналов для создания короткого замыкания в цепи при перегрузке дополнительно вводится ключ, соединяющий провод питания с заземляющим проводом, и для достижения более высокого быстродействия устройства дополнительно введен общий для всех каналов умножитель напряжения, вход которого соединен с выходами триггеров каждого канала, а выход соединен с управляющими входами основных ключей каждого канала.
Полезная модель работает следующим образом. При условии, что значение потребляемого тока в канале питания находится в заданном диапазоне и не превышает порогового значения, на выходе триггера не формируется управляющего сигнала (на выходе нулевой потенциал). При достижении критического уровня тока на выходе триггера формируется условная единица (положительный потенциал). Суммарный выходной сигнал с триггеров всех каналов подается на вход умножителя напряжения, выполняющего роль устройства формирования сигнала отключения для основных ключей всех каналов. Таким образом, если хотя бы в одном канале возник ток, превысивший пороговое значение, заданное для данного канала, на входе умножителя напряжения формируется положительный потенциал, многократно превышающий значение потенциала, поданного на вход. Напряжение выхода умножителя напряжения является управляющим сигналом основных ключей всех каналов, и когда уровень этого сигнала достигает определенного порогового значения, основные ключи всех каналов размыкаются, отключая полезную нагрузку от источников питания. Кроме того, умножитель напряжения является элементом положительной обратной связи в каналах управления ключами, что позволяет быстрее формировать требуемый уровень сигнала для размыкания ключей, за счет чего увеличивается быстродействие всего устройства защиты микроэлектроники от тиристорного эффекта.
Техническим результатом является одновременное отключение всех каналов по напряжению питания и повышенная скорость срабатывания устройства защиты, приводящие к предотвращению выхода из строя полезной нагрузки.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства в двухканальном варианте исполнения. На схеме показаны два канала контроля тока, снабженные основными ключами (транзисторами VT1 и VT2). Полезная нагрузка представлена конденсаторами Сн1 и Сн2 и резисторами Rh1 и Rh2. Триггеры DA1 и DA2 регистрируют протекающий ток, и при превышении током порогового значения (критического уровня тока) на выходе соответствующего триггера формируется сигнал, размыкающий основные ключи VT1 и VT2. Одновременно открываются ключи VT3 и VT4, обеспечивая разрядку емкостей в нагрузке на заземляющий провод, что защищает полезную нагрузку от скачка тока.
Увеличение быстродействия достигается за счет того, что общий для всех каналов умножитель напряжения является, по сути, элементом положительной обратной связи: триггер канала, в котором происходит скачкообразное увеличение тока, формирует напряжение, которое увеличивается на умножителе напряжения, и подается на основные ключи VT1 и VT2. Увеличение напряжения обеспечит более быстрое размыкание ключей VT1 и VT2. Сигнал с любого из триггеров DA1 или DA2 подается на ключи VT3 и VT4 без изменений, так как ключи VT3 и VT4 не являются силовыми и требуют значительно меньшего управляющего напряжения для перехода в устойчивое состояние.
В начальный момент времени нормально замкнутые основные ключи VT1 и VT2 замкнуты, так как управляющий сигнал на них отсутствует, а нормально разомкнутые ключи VT3 и VT4 открыты, так как управляющий сигнал на них отсутствует. Со входов соответствующих каналов поступает энергия для питания полезной нагрузки, представленной в виде элементов Сн1 и Rh1 для первого канала, и Сн2 и Rh2 для второго канала. Триггеры DA1 и DA2 определяют падение напряжения на резисторах Rш1 и Rш2 соответственно. Как только ток (например, в первом канале) превышает некоторое пороговое значение, падение напряжения на резисторе Rш1 увеличивается, и триггер DA1 формирует потенциал на выходе. Этот потенциал поступает на ключи VT3 и VT4, формируя короткое замыкание в каналах по напряжению, а также на умножитель напряжения, сигналом с которого отключаются основные ключи VT1 и VT2. Таким образом обеспечивается защита полезной нагрузки от тиристорного эффекта.