Силовой транзисторный ключ Советский патент 1984 года по МПК G05F1/58 H02H7/12 

-

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электронным устройствам управления исполнительными элементами автоматических систем.

Известно устройство защиты силового транзистора от перегрузок, содержащее датчик тока, включенный последовательно с эмиттер-коллекторным переходом транзистора, вспомогательньй транзистор, диод и блок управления транзистора fl 3.

Недостатком этого устройства является его сложность.

Наиболее близким к.изобретению является силовой транзисторный ключ содержащий вькодной составной транзистор, резистивный датчик тока, включенный в цепь эмиттера выходного составного транзистора, управляющий транзистор, коллектор которого подключен к базе выходного состав ного транзистора, транзистор защ1ты, вспомогательньй транзистор, стабилитрон, диод и резисторы i2j,

Недостатком известного устройства является низкая надежность вследствие большой величины рабочего напряжения коллектор-эмиттер транзистора управления, вспомогательного и защитного транзисторов. Кроме того, оно имеет низкую температурную стабильность величины тока срабатывания защиты, так как она определяется величиной порогового напряжения база-эмиттер транзистора защиты, сильно зависящей от температуры.

Цель изобретения - повышение надежности и термостабильности.

Поставленная цель достигается тем, что в силовой транзисторньш ключ, содержащий выходной составной транзистор, резистивный датчик тока, включенньй в цепь эмиттера выходного составного транзистора, управляющий транзистор, коллектор которого подключен, к базе выходного составного транзистора, транзистор защиты, вспомогательный транзистор, стабилитрон, диод и резисторы, введен включающий транзистор, база которого подключена к шине включения, эмиттер - к минусовой шине, коллектор через первый резистор подключен к точке соединения эмиттеров управляющего и вспомогательного транзисторов, причем коллектор вспомогательного транзистора связан с плюсовой шиной, а база подключена к коллекто282332

ру транзистора защиты, эмиттер которого через второй резистор подключен к плюсовой шине, а база через диод - к эмиттеру входного составного . 5 транзистора, база управлякицего транзистора через третий резистор подключена к плюсовой шине и через последовательно соединенные стабилитрон и четвертый резистор - к минусоЮ вой шине, которая через пятый резистор подключена к базе транзистора защиты, точка соединения стабилитрона и четвертого резистора через шестой резистор подключена к базе вспоfS могательного транзистора.

При этом в силовой транзисторный ключ введен дополнительный диод, включенный между коллекторами транзисторов составного транзистора.

20 В ключ введен элемент индикации перегрузки, включенный между коллектором вспомогательного транзистора

и плюсовой шиной.

На чертеже приведена электрическая схема устройства.

Силовой транзисторный ключ содержит выходной составной транзистор 1, датчик 2 тока, включенный в цепь эмиттера выходного составного транзистора 1, коллектор которого соединен последовательно с нагрузкой 3 и источником 4 питания, управляющий транзистор 5, коллектор которого . соединен с базой выходного составно5 го транзистора 1, транзистор 6 защиты, вспомогательный транзистор 7, в,ключающий транзистор 8, база которого Подключена к шине 9 управления, стабилитрон 10, диод 11 и резисто0 ры 12-17.

Эмиттер включающего транзистора 8 подключен к минусовой шине, коллектор через первый резистор 12 - к объединенным вьгоодам эмиттеров управ5 ляющего 5 и вспомогательного 7 транзисторов. Коллектор последнего подключен к выходу 18 элемента индикации токовой перегрузки, а его база - к коллектору транзистора 5 за0 щиты, база и эмиттер которого через диод 11 и второй резистор 13 подключены соответственно к эмиттеру выходного составйого транзистора 1 и плюсовой шине 4, которая через тре5 тий резистор 14 соединена с объеди-ненными выводами базы управляющего транзистора 5 и первого вывода стабилитрона 10. Второй вывод стаби3

литрона 10 через четвертый 15 и пятый 16 резисторы соединены соответственно с базой вспомогательного транзистора 7 и минусовой шиной источника 4 питания, которая через шестой резистор 17 соединена с базой транзистора 6 защиты.

В случае необходимости между коллектором дополнительного транзистора 7 и второй шиной источника питания может быть включена лампа накаливания или светодирд 19 индикации токовой перегрузки. При. большой кратности пускового тока нагрузки 3 выходной составной транзистор. 1 может содержать диод 20, включенный между коллекторами его входного и выходного транзисторов.

Силовой транзисторньй ключ работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на шине 9 управления включающий транзистор

8закрыт.,Это приводит к запиранию управляющего 5, вспомогательного 7 и выходного составного 1 транзисторов. Напряжение на датчике 2 тоКа равно нулю. Через шестой резистор 17 протекает небольшой по величине ток, смещающий диод 11 в прямом направлении. Падение напряжения на диоде 11 равно по величине входному пороговому напряжению база-эмиттер транзистора 6 защиты, поэтому он находится на границе активного режима работы. .

При поступлении сигнала на шину

9управления транзистор 8 переходит

в насыщенное состояние. Вспомогательный транзистор 7 заперт за счет падения напряжения на стабилитроне 10, поступающего на его базу через четвертый резистор 15. .Транзистор 5 включен по схеме с общей шиной. Поэтому его коллекторный ток, т.е. базовый ток выходного составного транзистора 1, равен коллекторному току включающего транзистора 8 и переход его в насьш1енное состояние приводит к переводу в насьш1еннов состояние выходного составного транзистора 1. При этом по датчику 2 Тока протекает ток, равный по величине току нагрузки 3.

Падение напряжения на датчике 2 тока являе-Лгя отпирающим для транзистора 6 защиты. Поскольку падение напряжения на диоде 11 равно падению напряжения на переходе база-эмиттер

28233

транзистора 6- защиты, напряжение на втором резисторе 14 равно величине падения напряжения на датчике 2 тока. По этой причине величина тока 5 эмиттера транзистора 6 защиты, а еле-.; довательно и падение напряжения на четвертом резисторе 15 пропорциональны величине тока нагрузки 3. При возрастании последнего происходит

10 пропорциональное возрастание напряжения на четвертом резисторе 15. Когда это напряжение достигнет по величине напряжения на стабилитроне ,10, происходит отпирание вспомога15 тельного транзистора 7 и ответвление части коллекторного тока транзистора |8 в его эмиттерную цепь. При этом (уменьшается базовый ток выходного составного транзистора 1 и появляется

20 сигнал на выходе 18 индикации токовой перегрузки.

Таким образом, при возникновении токовой перегрузки или нагрузки происходит безынерционное эффективное

5 ограничение коллекторного тока выходного составного транзистора 1 и одновременное появле;1ие сигнала Перегрузка на выходе 18 индикации токовой нагрузки. При снятии сигнала

0 включения устройством силовой транзисторный ключ автоматически переходит в исходное состояние.

, Сигнал о токовой перегрузке может быть использован для световой ин цмкаи т аварийного состояния нагрузки 3 или включения каких-либо вспомогательных устройств, устраняющих возникшую аварию. При большой кратности пускового тока нагрузки 3 в установившемся режиме коллекторного тока управляющего транзистора 5 оказывается достаточно для перевода выходного транзистора 1 в насыщенное состояние и в том случае, когда он выполнен несоставнь1м. В этом случае включение диода 20 позволяет произвести автоматическое переключение, режима работы выходного транзистора 1 со схемы Дарлингтона на одиночный насьш1енный транзистор, что позволяет примерно вдвое уменьшить падение напряжения на силовом транзисторном ключе и, тем самым, повысить КПД

устройства. 5

В предлагаемом устройстве при выборе величины напряжения на базе предоконечного транзистора, равной

половине .напряжения источника питания, рабочие напряжения коллекторэмиттер предоконечного дополнитель ного, управляющего и защитного транзисторов по сравнению с известным снижаются вдвое. Расчет надежности

схемы, учитывающий коэффициенты режима всех элементов схемы, показьшает, что утсазанное снижение напряжений приводит к увеличению надежности примерно на 30% по сравнению с известным.

1. СИЛОВОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧу содержащий выходной составной .транзистор, резистивный датчик тока, включенный в цепь эмиттера выходного составного транзистора, управляимщий транзис-тор, коллектор которого подключен к базе выходного составного Ti)aH3HCTopa, тра нзистор защиты, вспо.могательный транзистор, стабилитрон, диод и резисторы отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и термостабильности, в него введен включающий транзистор, база которого подключена к шине включения, эмиттер - к минусовой шине коллектор через первый резистор подключен к точке соединения эмиттеров управляющего-и вспомогательного транзисторов, причем коллектор вспомогательного транзистора связан с плюсовой шиной, a база подключена к коллектору транзистора защиты, эмиттер которого через второй резистор подключен к плюсовой шине, a база через диод - к эмиттеру входного составного транзистора, база управляющего транзистора через третий резистор подключена к плюсовой шине и через последовательно соединенные стабилитрон и четвертый резистор к минусовой шине, которая через пятый резистор подключена к базе 5 транзистора защиты, a точка соединения стабилитрона и четвертого резистора через шестой резистор подключена к базе вспомогательного транзистора. 2.Ключ ПОП.1, отличаю-щ и и с я тем, что он содержит дополнит ел ьньй диод, включенный между коллекторами транзисторов выходного 1C составного транзистора. 3.Ключ ПОП.1, отличаю00 щийся тем, что в него введен 1C элемент индикации перегрузки, вклю00 ченный между коллектором вспомогаto тeльнoгo тразистора и плюсовой шиной.