Устройство для защиты переключающего транзистора Советский патент 1984 года по МПК H03K17/812 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от перегрузки по току транзисторных ключевых элементов в устройствах автоматики и импульсных вторичных источниках питания. Известны устройства для защиты переключающего транзистора с нагруз кой в цепи коллектора, содержащие датчик тока, включенный в силовую цепь пороговый элемент, входом подключенный к датчику тока, и резисто ры Ш . При появлении.перегрузки по току переключающего транзистора это устройство блокирует поступление откры вающего входного сигнаша в цепь баз эмиттер транзистора, чем обеспечивается его запирание. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для защиты переключающего транзистора, содержащее датчик тока, предназначенный для включения в сило вую цепь переключающего транзистора пороговый элемент, входом подключенный к выходу датчика тока и два режи мозадающих резистора, предназначенных для включения в цепь базы переключающего транзистора 2 , При появлении перегрузки по току это устройство блокирует поступление открывакхцего входного сигнала в цепь база - эмиттер транзистора, чем обеспечивается его запирание. Как известно, значительная часть мощности, рассеиваемой на коллекторе переключающего транзистора, вьвделяется во время переходных процессов запирания, причем с ростом частоты переключений эта составляющая 1рассеиваемой мощности становится все более преобладающей. Она может быть определена по фоЕялуле tt .1 часть средней мощности, рассеиваемой на транзисторе, определяемая переходньвии процессами запирания, Вт; текущее значение напряжения на коллекторе тран зистора, В; текущее значение коллекторного тока. А; момент начала переходного процесса запирания, с момент окончания переход ного процесса запирания, с; текущее время, с; период повторения переключений, с. Коллекторный ток транзистора и напряжение на его коллекторе за время переходного процесса при работе на активную нагрузку в первом приближении могут быть аппроксимированы линейными функциями -Iol -fe4-. 2) J где t - . С, с; и„ - напряжение питания, В; Ifl - ток коллектора транзистора непосредственно перед началом запирания. А, Тогда Рперех При работе на индуктивную нагрузку UK (l-b)U и не изменяется за время переходного процесса запирания, т.е. й,-) В Обоих случаях мощность, выделяющаяся на коллекторе транзистора за счет переходных процессов запирания, прямо пропорциональна времени переходньк процессов лО . Один из известных способов уменьшения времени переходных процессов запирания переключающего транзистора - подача на время запирания обратного смещения на переход эмиттербаза, что может быть обеспечено .знакопеременным входным сигналом. Однако при появлении перегрузки . по току в известных устройствах подача обратного смещения на пе реход эмиттер - база не обеспечивается, что вызывает затягивание переходных процессов запирания и увеличение рассеиваемой на переключаиадем транзисторе мощности. Цель изобретения - уменьшение мощности,рассеиваемой на переключающем транзисторе в режиме перегрузки по току путем уменьшения времени переходных процессов запирания. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты переключающего транзистора с нагрузкой в цепи коллектора, содержащее датчик тока, предназначенный для включения в силовую цепь переключающего транзистора, пороговый элемент, входом подключённый к выходу датчиKa тока, первый и второй режимозадающие резисторы,предназначенные для включения в цепи базы переключающего транзистора,введены тиристор,первый. второй и третий диоды, конденсатор, токоограничивающий резистор, диодна цепочка и делитель напряжения, причем катод первого диода и один вывод токоограничивающего резистора предназначены для подключения к вход ной шине,анод первого диода подключен к одному выводу конденсатора,ано ду второго диода и катоду тиристора другой вывод конденсатора и катод второго диода подключены к одному вы воду первого режимозадающего резисто ра и предназначены для подключения к эмиттеру переключающего транзистора и общей шине, другой вывод токоогра ничивающего резистора соединен с ан дом тиристора,катодом третьего диод и анодом диодной цепочки, катод которой соединен с одним выводом второго режимозадающего резистора в цепи базы, анод третьего диода пред назначен для подключения к базе переключающего транзистора, выход порогового элемента соединен .с одним выводом делителя напряжения, другой вывод которого соединен с катодом тиристора, а средняя точка - с управляющим электродом тиристора. На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Схема содерзкит переключающий тра зистор 1, нагрузку 2 в цепи коллектора переключающего-транзистора 1, первый 3 и второй 4 режимозадающие резисторы в цепи базы переключающег транзистора 1, диодную цепочку 5, первый диод 6, второй диод 7, конденсатор 8, третий диод 9, тиристор 10, делитель в цепи управляющего электрода тиристора 10, состоящий из резисторов 11 и 12, токоограничи вающий резистор 13, пороговый элемент 14 и датчик тока 15. Коллектор транзистора 1 связан через последовательно соединенные нагрузку 2 и датчик тока 15с шиной питания, эмиттер с общей шиной, пер вым выводом резистора 3, катодом диода 7 и первым выводом конденсато ра 8, а база - с анодом диода 9, вторым выводом резистора 3 и первым выводом резистора 4, второй вывод которого соединен с катодом диодной цепочки 5, катод диода 9 соединен с анодом диодной цепочки 5, анодом тиристора 10 и первым выводом резистора 13, второй вывод которого подключен к входной шине и катоду диода 6, анод которого соединен с анодом диода 7, вторым выводом конденсатора В, катодом тиристора 10 и первым выводом резистора 12, второй вывод которого соединен с управ ляющим электродом тиристора 10 и первым выводом резистора 11, второ вывод которого соединен с выходом порогового элемента 14, вход которо го подключен к датчику тока 15. Устройство работает следующим образом. При отсутствии перегрузки по току переключающего транзистора 1 устройство находится в исходном состоянии: пороговый элемент 14 и тиристор 10 закрыты, конденсатор 8 заряжен через диод б до амплитудного значения входного напряжения отрицательной полярности, переключающий транзистор 1 коммутируется непосредственно знакопеременным входным напряжением по цепи резистора 13, диодная цепочка 5 с резистором 4, диод 9. При появлении перегрузки по току, что возможно только при включенном состоянии переключающего транзистора 1, т.е. в .момент наличия положительного напряжения на входе устройства, падение напряжения на датчике тока 15 становится больше напряжения срабатывания порогового элемента 14 и оно через делитель напряжения на резисторах 11 и 12 подает положительный сигнал на управляющий электрод тиристора 10. Тиристор 10 , включается и соединяет базовую цепь транзистора 1 через диод 9 с конденсатором 8. Отрицательное смещение на базе транзистора 1 вызывает его ускоренное запирание. Ток источника входного напряжения, протекающий по цепи резистор 13, тиристор 10, конденсатор 8 поддерживает тиристор 10 во включенном состоянии. По мере перезаряда конденсатора В напряжение на нем повышается, что может привести в конечном итоге к повторному открыванию транзистора 1 и выключению тиристора 10. Однако открывающийся диод 7 предотвращает повышение напряжения на конденсаторе 8 и обеспечивает постоянное протекание тока от источника входного напряжения через тиристор 10.Диодная цепочка 5 предназначена для компенсации падения напряжения на цепи включенный тиристор 10, диод 7 и обеспечения надежного запертого состояния транзистора 1 после разряда конденсатора 8. При очередном изменении полярности входного напряжения с положительной на отрицательную тиристор 10 включается обратным напряжением на аноде. Транзистор 1 продолжает поддерживаться в запертом состоянии за счет отрицательного входного сигнала. После выключения тиристора 10 конденсатор В вновь заряжается до амплитудного значения отрицательного входного напряжения через диод 6 и уже к следующему положительному полупериоду входного напряжения устройство обеспечивает защиту переключающего транзистора 1 от перегрузки по току с ускоренным его запиранием отрицательным смещением на базе. Резистор 12 является резисТОРСЯ4 утечки тока управлянадего электрода тиристора 10.

, Таким otipaaoM, в предлагаемом устройстве зашиты переключающего транзистора в отличие от известных

устройств обеспечивается фо1 шрованное запирание транзистора при наличии перегрузки по току путем подачи обратного смещения на переход эмиттер - база, что ведет к уменьшению мощности, рассеиваемой на переключающем транзисторе при наличии перегрузки по току.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕГО ТРАНЗИСТОРА С нагрузкой , в цепи коллектора, содержащее датчик тока, предназначенный для включения в силовую цепь переключающего транзистора, пороговый элемент, входом подключенный к выходу датчика тока, первый и второй режнмоэадающие резисторы, предназначенньле для включения в цепи- базы переключаккцего транзистора, отличающееся тем, что, с целью уменьшения мощности, рассеиваемой на переключающем транзисторе в режиме перегрузки по току путем уменьшения времени переходных процессов запирания, в него введены тиристор, первый, второй и третий диоды, конденсатор, токоограничивающий резистор, диодная цепочка и делитель напряжения, причем катод первого диода н один вывод токоограничивакхцего резистора предназначены для подключения к входной шине, анод первого диода подключен к одному выводу конденсатора, -аноду второго диода и катоду тнристора, другой вывод конденсатора и катод второго диода подключены к одному выводу . первого режимозадающего резистора и предназначены для подключения к эмиттеру переключающего транзистора и к общей шине, другой вывод токоограничивающего резистора соединен с анодом тиристора, катодом третьего диода н анодом диодной цепочки, катод которой соединен с одним выводом второго режимозгщающего резистора, анод третьего диода предназначен для подключения к базе переклю- , чающего транзистора, выход порогового элемента соединен с одним выводом делителя напряжения, другой вывод которого соединен с катодом тиристора, а средняя точка - с управляющим электродом тиристора.