Устройство для управления и защиты транзистора Советский патент 1985 года по МПК H02H7/10 H02M1/08 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в устройствах защиты ключевых регуляторов, преобра.зователей и усилителей, работающих в ключевом режиме. Извесно устройство для защиты переключаемого транзистора, содержащее переключающий транзистор с нагрузкой в цепи коллектора, резисторы и дополнительный транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, база - к эмиттеру, а коллектор - к базе переключающего транзистора, при чем между базой дополнительного и коллектором переключающего транзистора включен резистор . . Недостатком этого устройства является низкая надежность, обусловлен ная нарушением в работе защиты при искажении формы входного сигнала, например, при уменьшении его величины, что приводит к выходу защищаемого транзистора из- области насьпцения в активную область, вьщелению на нем большой мощности и выходу его из строя. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для управления и защиты транзис тора, содержащее блок управления с трансформаторным выходом, предназначенный для подключения к управляющее му входу транзистора через базовьй резистор, цепоч1 у из последовательно включенных стабилитрона и резистора, предназначенную для включения между коллектором и эмиттером транзистора 2. Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная тем, что при рйботе трансформатора в режиме, насьпцения, вызванной сбоями в работе схемы управления, как при нормальной работе устройства так и в аварийной ситуации, например при KdpOTKOM замыкании в цепи нагрузки переключающего транзистора, устройство защиты теряет свою работо способность, так как напряжение на выходных обмотках трансформатора управления понижается до нуля, а напряжения на коллекторе переключающего транзистора будет повторять икаженную пологую форму импульса управления, в результате пего транзистор входит в активную область на время, достаточное для выделения на нем большой мощности и выходу его из строя . Цель изобретения - повьш1ение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления и защиты транзистора, содержащее блок управления с трансформаторным выходом, предназначенный для подключения к управляющему входу транзистора через базовый резистор, цепочку из последовательно включенных .стабилитрона и резистора,предназначенную для включения между коллектором и эмиттером транзистора, в указанную цепочку последовательно с резистором и стабилитроном введены светодиод транзисторного оптрона и емкостной фильтр, диод, а блок управления вьтолнен по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью между каскадами и снабжен фототранзистором транзисторного оптрона с резистором в цепи коллектора, двумя дополнительными резисторами и первой дифференцирующей цепочкой, причем диод включен параллельно включенным последовательно резистору, стабилитрону и светодиоду транзисторного оптрона, первая дифференцирующая цепочка включена между коллектором транзистора первого каскада усилителя и базой первого допол-, нительного транзистора, коллектор которого соединен с коллектором фототранзистора транзисторного оптрона и базой второго дополнительного транзистора, коллектором подключенного к базе транзистора второго каскада усилителя, причем эмиттеры транзисторов объединены и предназначены для подключения к отрицательной шине источника питания. Г Кроме того, в блок управления введена вторая дифференцирующая цепочка, один вывод которой подключен к базе транзистора первого каскада усилителя, а другой вывод предназначен для подключения к положительной шине источника питания. На чертеже представлена принципиальная схема устройства для управления и защиты транзистора. Устройство для управления и защиты транзистора 1 содержит блок 2 управления с трансформаторным выходом, базовый резистор 3, емкостной фильтр 4, состоящий из п секций конденсаторов, соединенных с помощью диодов таким образом, что при заряде эти секции включены последовательно, а при разряде - параллельно, и цепочки, состоящей из последовательно соединенных светодиодов 5 транзисторного оптрона, стабилитрона 6 и резистора 7, зашунтированной обратным диодом 8, причем емкостной фильтр 4 и цепочка соединены последовательно и включены между коллектором и эмиттером транзистора 1, блок 2 управления, выполненный по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью между каскадами, содержит фототранзистор 9 транзисторного оптрона с резистором 10 в цепи коллектора, два дополнительньк транзистора 11 и 12 и первую дифференцирующую цепочку 13, включенную между коллектором транзистора 14 первого каскада усилителя и баёой первого дополнительного транзистора 11, коллектор которого соединен с коллектором -фототранзистора 9 и базой второго дополнительного транзистора 12, коллекторам подключенного к базе транзистора 15 второго каскада усилителя, причем эмиттер.ы транзисторов 9, 11, 12, 14 и 15 объединены и подключены к отрицательной шине источника питания.

В блок 2 управления включена вторая дифференцирующая цепочка 16, включенная между положительной шиной источника питания усилителя и его входом. Задающий генератор 17 выходом подключен к базе транзистора 14,

Устройство для защиты и управления транзистора работает следующим образом.

При нормальной работе периодическая последовательность импульсов управления прямоугольной формы с выхода задающего генератора 17 уси:ливается двухкаскадным усилителем мощности. Период их следования определяется условиями работы переключающего транзистора 1. При появлении управляющего импульса на выходе блока 2 управления производится включение транзистора 1 путем подачи импульса тока в цепь его управляющего перехода база-эмиттер в отпирающем направлении.

Действие защиты блокируется первой дифференцирующий цепочкой 13

(транзистор 11 включен, а транзистор 12 - заперт) на время включения транзистора 1, и, если не возникает его токовой перегрузки,, он переходит в насыщенное состояние. Секции конденсаторов, входящие в состав фильтра 4 и соединенные при их разряде с помощью диодов параллельно, разряжаются по цепи коллектор-эмиттерный

переход открытого транзистора 1 резистор 7 - стабилитрон 6 - светодиод 5 - отрицательные обкладки конденсаторов фильтра 4, вызывая срабатьшание фототранзистора 9

транзисторного оптрона за счет световой энергии светодиода 3. Фототранзистор 9 шунтирует база-эмиттерный переход транзистора 12, запирая его и закрепляя там самым открытое

0 состояние транзистора 1, созданное первоначально поданным -управляющим импульсом. -В таком открытом состоянии транзистор 1 (при отсутствии его токовой перегрузки) находится до при-.

5 хода в его база-эмиттерную цепь импульса тока в запирающем направлении .

Появление токовой перегрузки открытого транзистора 1, например, при

которотком замыкании нагрузки, на любой стадии работы включенного блока 2 управления приводит к переходу его из области насьпцения в активную область и к увеличению его коллекторного потенциала. Напряжение стабилизации UpT стабилитрона 6 подбирается таким образом, что при отсутствии перегрузки по току амплитуда импульсного напряжения на конденсаторах емкостного фильтра 4 иф не превышает сумму падений напряжения на коллек- тор-эмиттерном переходе открытого транзистора 1 U ц-j , резисторе 7 UR , светодиоде 5 в прямом направлении c пр диодах в прямом направлении Уд пр и напряжения стабилизации стабилитрона 6, т.е. вьшолняется соотношение

и к-з- Ufi - Utnp и.р + и

UCT .

При появлении перегрузки по току напряжение на его коллектор-эмиттерном переходе возрастает и при

55 и,. Пф - ,,- Ч

- и

стабилитрон 6 запирается и протекание тока в цепи светодиода 5 прекра-51щается,фототранзистор 9 запирается,а транзистор 12 отпирается. Отпирание за1ци1ца ощего транзистора 12, проис,ходящее при токовой перегрузке открытого транзистора 1, приводит к запиранию транзистора 15, что влечет за собой исчезновение импульсов управления на выходе блока 2 управле ния, и запиранию транзистора 1, прекращая протекание аварийного тока в цепи его коллектора. Кроме того, для обеспечения предварительного заряда секций конденсаторов емкостного фильтра 4 в момент подачи напряжения питания в схему блока 2 управления включена дифферен цирующая цепочка 16, время заряда конденсатора которой выбирается большим времени заряда конденсаторов емкостного фильтра 4. В цепи перехода база-эмиттер транзистора 14 первого каскада усилителя мощности протекает зарядный ток конденсатора вто рой дифференцирующей цепочки 16, величина которого выбирается такой, что. воздействие задающего генератора 17 на работу блока 2 управления на это время исключается. Транзистор 14 включается, задерживая на время заря да конденсатора второй дифференцирующий цепочки 16 включение транзистора 1. Таким образом, предлагаемое устройство дпя управления и защиты 0 транзистора по сравнению с известным имеет более высокую надежность, обусловленную тем, что при работе трансформатора управления в режиме насыщения, вызванной сбоями в функционировании блока 2 управления на интервале отпирающего импульса управления как при нормальной работе устройства, так и в аварийной ситуации, работоспособность устройства не нарушается за счет наличия в схеме предварительно заряженных секций конденсаторов емкостного фильтра 4, выполнякяцих роль дополнительного источника ЭДС. Кроме того, учитьгоая то, что на интервале открытого состояния транзистора 1 основные потери мощности происходят на резисторе 7, а секции конденсаторов емкостного фильтра 4 в это время включены параллельно, то при использовании предлагаемого устройства для защиты транзисторов, работающих в высоковольтных цепях, и увеличении количества секций конденсаторов в п раз, снижая, тем самым, в п раз падение напряжения на резисторе 7 (ток, протекакиций. по цепи светодиода 5 должен оставаться равным Хцсм светодиода) , повышается его КПД./ Таким образом, предлагаемое устройство для управления и защиты транзистора надежно защищает его от перегрузок в импульсных режимах работы.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАРЩТЫ ТРАНЗИСТОРА, содержащее блок управления с трансформаторным выходом, предназначенный для подключения к управляющему входу транзистора через базовый резистор , цепочку из последовательно включенных стабилитрона и резистора, предназначенную для включения между коллектором и эмиттером транзистора, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности, в указанную цепочку последовательно с резистором и стабилитроном введены светодиод транзисторного оптрона и емкостной.фильтр, диод, а блок управ -- /. ления выполнен подсхеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью между каскадами и снабжен фототранзистором транзисторного оптрона с резистором в цепи коллектора, двумя дополнительными транзисторами и первой дифференцирующей цепочкой, причем диод включен параллельно включенным последовательно резистору, стабилитрону и светодиоду транзисторного оптрона, первая дифференцирукщая цепочка включена между коллектором транзистора первого каскада усилителя и базой первого дополнительного транзистЪра, коллектор которого соединен с коллектором фототранзистора транзисторного оптрона и базой второго дополнительного транзистора, коллектором подключенного к базе транзистора второго каскада усилителя, причем эмиттеры транзисторов объединены и предназначены для подключения к отрицательной шине источника питания. 2. Устройство ПОП.1, отличающее с. я тем, что в блок сд управления введена вторая дифференсо цирующая цепочка, один вывод которой подключен к базе транзистора первого каскада усилителя, а другоР вывод преднааначен для подключения кположительной шине источника питания.

к

f - - - 1

#