ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ С ЗАЩИТОЙ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H03K17/08 H03F1/52 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к транзисторным силовым ключам с токовой защитой, и может найти применение при реализации различных устройств промышленной автоматики.

Известно устройство [1], содержащее биполярный транзистор, резистор нагрузки, соединенный одним концом с источником питания, другим с коллектором транзистора, токоограничивающий резистор, соединенный с базой и источником управляющего сигнала. При подаче управляющего сигнала через токоограничивающий резистор и базовый переход транзистора течет ток, при этом транзистор открывается и через резистор нагрузки от источника питания течет ток.

Недостатком известного устройства является его низкая надежность при коротком замыкании резистора нагрузки, резко увеличивающийся при этом коллекторный ток выходного транзистора выводит его из строя.

Указанного недостатка лишено известное устройство [2], наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройству. Оно содержит первый и второй транзисторы разного типа проводимости, образующие собственно структуру ключа, при этом база первого транзистора через первый резистор соединена с коллектором второго транзистора, а через второй резистор утечки - с эмиттером и через третий, а также четвертый резисторы, образующие датчик тока, - с шиной питания и с базой управляющего третьего транзистора, коллектор которого через резистор соединен с четвертым и пятым транзисторами разной проводимости, образующими тиристорную пару, коллектор первого транзистора через нагрузку подключен к общей шине, база второго транзистора соединена через пятый резистор утечки с общей шиной и через шестой базовый резистор - с шиной управления, коллектор пятого транзистора тиристорной пары через диод и седьмой резистор также соединен с шиной управления.

Информацию о наличии короткого замыкания в нагрузке или превышении коллекторного тока выходного транзистора выдает датчик тока, выполненный на третьем, четвертом резисторах и третьем транзисторе, а также исполнительное устройство на транзисторах разной проводимости, образующих тиристорную пару, которое вводит второй транзистор в режим отсечки, посредством уменьшения управляющего сигнала до напряжения падения на диоде и переходе коллектор-эмиттер пятого транзистора.

Недостатком прототипа является повышенная сложность схемы, реализующей токовую защиту выходного транзистора, что в конечном итоге снижает надежность работы схемы защиты.

Технической задачей, которая решается заявляемым устройством, является создание схемы ключа с защитой, в котором информацией о состоянии нагрузки является сама нагрузка. Кроме того, достоинством заявляемого устройства является снижение количества элементов, реализующих защиту от короткого замыкания выходного транзистора в устройстве, тем самым обеспечивая повышение надежности его работы.

Для достижения этого технического результата в заявляемое устройство, содержащее первый и второй транзисторы разного типа проводимости, при этом база первого транзистора через первый резистор соединена с коллектором второго транзистора, а через второй резистор утечки - с эмиттером первого транзистора и шиной питания, коллектор первого транзистора через нагрузку подключен к общей шине, база второго транзистора соединена через третий резистор утечки с общей шиной и через базовый четвертый резистор - с шиной управления, дополнительно введены третий транзистор, конденсатор, пятый, шестой, седьмой, восьмой резисторы, при этом база третьего транзистора через седьмой резистор соединена с коллектором первого транзистора и через восьмой резистор утечки - с общей шиной, эмиттер третьего транзистора также соединен с общей шиной, коллектор третьего транзистора через пятый резистор соединен с эмиттером второго транзистора, который через шестой резистор, а также конденсатор соединен с общей шиной.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается упрощением схемы, реализующей токовую защиту выходного транзистора от короткого замыкания. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что функция защиты выходного транзистора от короткого замыкания реализована меньшим количеством входящих в нее элементов схемы, что повышает надежность работы устройства в целом. Следовательно, заявляемое устройство отвечает критерию изобретения "изобретательский уровень"
На чертеже представлена схема заявляемого устройства.

Устройство содержит транзисторы 1 и 2 разного типа проводимости, образующие собственно структуру ключа, при этом база транзистора 1 через первый резистор 3 соединена с коллектором транзистора 2, а через второй резистор 4 утечки - с эмиттером транзистора 1 и шиной шагания 5, коллектор транзистора 1 через нагрузку подключен к общей шине 6, база транзистора 2 соединена через третий резистор утечки 7 с общей шиной 6 и через четвертый базовый резистор 8 с шиной управления 9, третий транзистор 10, конденсатор 11 и пятый 12, шестой 13, седьмой 14, восьмой 15 резисторы, при этом база третьего транзистора 10 через седьмой резистор 14 соединена с коллектором транзистора 1 и через восьмой резистор утечки 15 - с общей шиной 6, эмиттер третьего транзистора 10 также соединен с общей шиной 6. коллектор третьего транзистора 10 через пятый резистор 12 соединен с эмиттером транзистора 2, который через шестой резистор 13, а также конденсатор 11 соединен с общей шиной 6.

Работает устройство следующим образом.

При замыкании цепи нагрузки резко увеличивающийся коллекторный ток транзистора 1 выводит его из режима насыщения, уменьшается (прекращается) базовый ток транзистора 10, что приводит его в режим отсечки. Соответственно в режим отсечки переходят транзистор 2 и транзистор 1, что ведет к прекращению тока через резистор нагрузки.

Таким образом, заявляемое устройство содержит меньшее количество элементов, следовательно, обладает повышенной надежностью, при этом сохраняются все функциональные возможности, которыми обладает прототип.

В исходном состоянии на шину управления 9 подается сигнал с уровнем логического "0". Транзистор 2 находится в режиме отсечки, база транзистора 1 через резистор 4 соединена с шиной питания и также находится в режиме отсечки. Ток по цепи резистора нагрузки не течет.

При подаче на шину управления 9 сигнала с уровнем логической "1" конденсатор 11 начинает заряжаться по цепи резистор 8 переход база-эмиттер транзистора 2, при этом транзистор 2 начинает входить в режим насыщения, что в свою очередь приводит в режим насыщения транзистора 1 по цепи база-эмиттер транзистора 1, резистор 3, коллектор-эмиттер транзистора 2, конденсатор 11. Коллекторный ток транзистора 1 создает на резисторе нагрузке падение напряжения, Ю необходимое для появления базового тока через транзистор 10. Увеличение базового тока транзистора 10 по цепи резистор 14 переход база-эмиттер общая шина 6 приводит его в режим насыщения. В режим насыщения входит и транзистор 2 по цепи шина управления 9 переход база-эмиттер транзистора 2 резистор 12 переход коллектор-эмиттер транзистора 10 общая шина 6.

Выключение устройства (выход транзистора 1 из режима насыщения в режим отсечки коллекторного тока) может произойти по двум причинам: при поступлении на шину управления 9 сигнала с уровнем логического "0" и при коротком замыкании в цепи нагрузки (или существенном увеличении тока в цепи нагрузки). В первом случае транзистор 2 переходит в режим отсечки, что приводит к уменьшению (прекращению) базового тока транзистора 1 и как следствие переходу последнего в режим отсечки и прерыванию тока через резистор нагрузки.

Во втором случае (при коротком замыкании в цепи нагрузки) резко увеличивающийся коллекторный ток транзистора 1 выводит его из режима насыщения, уменьшается (прекращается) базовый ток транзистора, что приводит его в режим отсечки. Соответственно в режим отсечки переходят транзистор 2 и транзистор 1, что ведет к прекращению тока по цепи резистора нагрузки.

Таким образом, заявляемое устройство содержит меньшее количество элементов для реализации режима защиты от короткого замыкания в цепи нагрузки и обладает повышенной надежностью.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1124412.

2. МКРН. 454331.012 "Усилитель дискретный", входящий в блок управления МКРН 468 364 003 изделия СУМЛЗК МКРН 454 639 001.2

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к транзисторным ключам с защитой от короткого замыкания (ТК). ТК содержит первый и второй транзисторы (Т) (1,2) разного типа проводимости. База первого Т(1) через первый резистор (Р) (3) соединена с коллектором второго Т(2), а через второй Р(4) утечки - с эмиттером первого Т(1) и шиной питания. Коллектор первого Т(1) через нагрузку подключен к общей шине. База второго Т(2) через третий Р (7) утечки соединена с общей шиной, а через базовый четвертый Р(8) - с шиной управления. База третьего Т(10) через седьмой Р(14) соединена с коллектором первого Т(1) и через восьмой Р(15) утечки с общей шиной и с эмиттером третьего Т(10), коллектор которого через пятый Р(12) соединен с эмиттером второго Т(2). Эмиттер Т(2) через шестой Р(13) и через конденсатор соединен с общей шиной. Технический результат: повышение надежности работы устройства. 1 ил.

Транзисторный ключ с защитой от короткого замыкания, содержащий первый и второй транзисторы разного типа проводимости, при этом база первого транзистора через первый резистор соединена с коллектором второго транзистора, а через второй резистор утечки - с эмиттером первого транзистора и шиной питания, коллектор первого транзистора через нагрузку подключен к общей шине, база второго транзистора соединена через третий резистор утечки с общей шиной и через базовый четвертый резистор - с шиной управления, отличающийся тем, что введены дополнительно третий транзистор, конденсатор, пятый, шестой, седьмой, восьмой резисторы, при этом база третьего транзистора через седьмой резистор соединена с коллектором первого транзистора и через восьмой резистор утечки - с общей шиной, эмиттер третьего транзистора также соединен с общей шиной, коллектор третьего транзистора через пятый резистор соединен с эмиттером второго транзистора, который через шестой резистор, а также конденсатор соединен с общей шиной.