Транзисторный ключ с защитой от перегрузки Советский патент 1987 года по МПК H03K17/08 

Изобретение относигся к электронной технике, в частности к электронной коммутационной технике, и может быть использовано, например, в регу- лируюищх устройствах и программируемых контролерах для выда чи команд на , исполнительные ус ройства.

Целью изобретения является повышение надежности транзисторного ключа путем снижения перегрева силового транзистора при коротком замыкании нагрузки.

15

На чертел е приведена принципиальная схема устройства.

Транзисторньй ключ с защитой от перегрузки состоит из генератора 1 прямоугольных импульсов, триггера 2, схемы И-НЕ 3, трансформатора 4 с пер-20 вой 5, второй 6 и третьей 7 обмотка- kii, причем первая и вторая включены встречно, а вторая и третья - согласно, шины 8 питания, общей силовой шины 9, первого конденсатора 10, перво- 25 закрыт, при сигнале го диода 11, силового транзистора 12, схемы И-НЕ 3 диод 11

35

40

силового

второго диода 13, второго конденсатора 14 и делителя 15 напряжения, состоящего из резисторов 16 и 17, общего силового выхода 18 устройства. -Вы- 30 ходы генератора 1 прямоугольных импульсов и триггера 2 соединены с соответствующими входами схемы И-НЕ 3, выход которой соединен с первым выводом первой обмотки 5 трансформатора 4, второй вывод которой соединен с шиной 8 питания, первый вывод второй обмотки 6 трансформатора 4 через первый диод.11 соединен с первым выводом первого конденсатора 10 и управляемым входом силового транзистора 12, второй вывод второй обмотки 6 трансформатора 4 соединен с вторым выводом первого конденсатора 10, , , эмиттером силового транзистора 12 и общей силовой шиной 9, выход силового транзистора 12 соединен с общим силовым выходом 18 устройства, анод второго диода 13 через третью обмотку 7 трансформатора 4 соединен с общей силовой шиной 9,.а его катод подключен к силовому выходу 18 устройства, первый вывод делителя 15 напряжения через второй конденсатор 14 соединен с выходом схемы

45

50

При соответствующ входах триггера 2 на навливается сигнал крывает схему И-НЕ 3 рой появляются импул частотой генератора пульсное напряжение трансформируется в о зировка включения ко такой, что при сигна схемы И-НЕ 3 диод 11

открыт. Диод 11 дете ньй сигнал на обмотк конденсатор 10, напр на этом конденса ет силовой транзисто силовой выход 18 на ну 9, открывая диод ды импульсного сигна мы И-НЕ 3, когда там нал 1.

Такое включение д ток 6 и 7 приводит к пульсы напряжения са никающие при переход ходе схемы И-НЕ 3 из в состояние 1, шун 13, поэтому переменн выходе делителя 15 н чины порога срабатыв )

Предположим, что состоянии силового т произошло короткое з это приводит к появл пряжения силового (в на силовом выходе 18 щей силовой шины 9, го диод 13 закрывает при каждом переходе

55

де схемы И-НЕ 3 из с

И-НЕ 3, второй вывод - с нулевой шиной, средняя точка делителя 15 напря-- жения соединена с R-входом триггера 2. Первая 5 и вторая 6 обмотки трансфор0

5

0 5 закрыт, при сигнале схемы И-НЕ 3 диод 11

5

0

0

5

0

матера 4 включены встречно, а вторая 6 и третья 7 обмотки - согласно.

Транзисторный ключ с защитой от перегрузки работает следующим образом.

Генератор 1 непрерывно вырабатывает прямоугольные импульсы. В исходном состоянии н а выходе триггера 2 присутствует сигнал О, при этом на выходе схемы И-НЕ 3 - сигнал 1, обмотки 5-7 трансформатора 4 обесточены, поэтому силовой транзистор 12 и диод 13 закрыты.

При соответствующих сигналах на входах триггера 2 на его выходе устанавливается сигнал 1, которьй открывает схему И-НЕ 3, на выходе которой появляются импульсные сигналы с частотой генератора 1. Переменное импульсное напряжение на обмотке 5 трансформируется в обмотки 6 и 7, фа- зировка включения которых принята такой, что при сигнале О на выходе схемы И-НЕ 3 диод 11 открыт, диод 13

1 на выходе

закрыт, диод 13

открыт. Диод 11 детектирует импульс- ньй сигнал на обмотке 6, заряжает конденсатор 10, напряжение, возникаю- на этом конденсаторе 10, открывает силовой транзистор 12 и замыкает силовой выход 18 на общую силовую шину 9, открывая диод 13 в те полупериоды импульсного сигнала на выходе схемы И-НЕ 3, когда там имеет место сигнал 1.

Такое включение диода 13 и обмоток 6 и 7 приводит к тому, что им-- пульсы напряжения самоиндукции, возникающие при переходе сигнала на выходе схемы И-НЕ 3 из.состояния О в состояние 1, шунтируются диодом 13, поэтому переменное напряжение на выходе делителя 15 не достигает величины порога срабатывания триггера 2. )

Предположим, что при замкнутом состоянии силового транзистора 12 произошло короткое замыкание нагрузки, это приводит к появлению высокого напряжения силового (внешнего) питания на силовом выходе 18 относительно общей силовой шины 9, в результате этого диод 13 закрывается. После этого при каждом переходе сигнала на выхо30

55

де схемы И-НЕ 3 из состояния О в

l появляются узкие импульсы ЭДС самоиндукции на первой обмотке трансформатора, амплитуда которых существенно больше, чем др короткого замы31

кания (на выход схе1чь И-НЕ 3 допуска ется подавать импульсы больше, чем на шине 8 питания, если выход схемы И-НЕ 3 с открытым коллектором).

Существенное увеличение импульсов на выходе схемы И-НЕ 3 приводит к увличению амплитуды импульсов на выход делителя 15, которые прикладываются к входу сброса триггера 2, поэтому триггер 2 сбрасывается в состояние О, импульсы на выходе схемы И-НЕ 3 и соответственно на обмотках 5 и 6 исчезают, конденсатор 10 разряжается через цепь управления силового транзистора 12, исчезает сигнал управления последнего и он выключается. Этим исключается перегрев силового транзистора 12 при длительном коротком замыкании нагрузки.

Цепь защиты силового транзистора 12 - диод 13 и обмотка 7 - не оказывает влияния на работу схемы. При закрытом состоянии силового транзистора 12 он шунтируется закрытым диодом 13, величина обратного тока диодов достаточно мала по сравнению с током утечки силового транзистора, В открытом состоянии силового транзистора 12 через него идут импульсы тока при открывании диода 13, амплитуда этих импульсов также достаточно мала по сравнению с токами нагрузки, поэтому эти импульсы не отражаются на коммутационной способности силового транзистора 12,

В исходном состоянии, когда на выходе триггера 2 - О, на выходе схемы И-НЕ 3 - 1, поэтому конденсатор 14 через обмотку 5 заряжается до напряжения питания на шине 8. В момент включения триггера 2, когда силовой транзистор 12 еще не сработал, так как конденсатор 10 еще не зарядился, диод 13 закрыт и на обмотке 5 возникают импульсы ЭДС самоиндукции, однако эти импульсы компенсируются зарядом конденсатора 14, в дальнейшем этот конденсатор перезаряжается, так как среднее значение напряжения на выходе схемы И-НЕ 3 становится (при скважности импульсов, равной двум) приблизительно 0,5 от напряжения питания на шине 8, однако к моменту времени, когда конденсатор 14 перезарядится и триггер 2 будет иметь возможность срабатывания от импульсов ЭДС самоиндукции, силовой транзис12 и диод 13 открываются, ггоэто- импульсы ЗДС самоиндукции уменьша

(при отсутствии короткого нагрузки) сброс триггера 2 включения силового транзис

Конкретное выполнение силового транзистора 12 в зависимости от условий применения может б.ыть любое, например один транзистор, составной транзистор, составной на транзисторах различного типа проводимости, транзистор с защитным резистором в цепи базы, транзистор с защитном резистором в цепи коллектора. Сами по себе эти транзисторные ключи могут обеспечивать защиту при коротких замыканиях в течение непродолжительного времени. Применение схемы обеспечи- . вает защиту транзисторного ключа, выполненного любым известным путем, при длительных коротких замыканиях, что повышает надежность работы.

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Транзисторньк ключ с защитой от перегрузки, содержащий-генератор прямоугольных импульсов, триггер, трансформатор с тремя обмотками, первая и вторая обмотки которого включены встречно, выходы генератора прямоугольных импульсов и триггера соединены с соответствующими входами схемы И-НЕ, выход которой соединен с первым выводом первой обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с шиной питания, первый вывод второй обмотки трансформатора через первый диод соединен с одним выводом первого конденсатора и управляемым входом силового транзистора, второй вывод второй обмотки трансформатора соединен с вторым выводом первого конденсатора,эмиттером силового транзистора и общей силовой шиной, выход силового транзистора соединен с силовым выходом устройства, отличающийся тем, что, с целью повьпиения надежности, введены второй диод, второй конденсатор и делитель напряжения, анод второго диода через третью обмотку трансформатора соединен с общей силовой шиной, а катод - с силовым выходом устройства, первый вывод, делителя напряжения через вто51339Я84б

рой конденсатор соединен с выходом ження соединенп с R-входом триггера, схемы И-НЕ, второй вывод - с нулевой вторая и обмотки трансформато- шиной, средняя точка делителя напря- ра включены соглас.но.

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и мо-« жет быть использовано, например, в регулирующих устройствах и программируемых контролерах для выдачи команд на исполнительные устройства. Цель изобретения - повышение надежности транзисторного ключа - достигается путем снижения перегрева силового транзистора при коротком замьжа- нии в нагрузке. Для этого в устройство дополнительно введены второй диод 13, второй конденсатор 14 и делитель 15 напряжения на резисторах 16 и 17. Кроме того, устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, триггер 3, элемент И-НЕ 3, трансформатор 4 с обмотками 5, 6 и 7, общую шину 9, первьш конденсатор 10, первый диод 11, силовой транзистор 12. 18 - общий силовой выход устройства. Изобретение обеспечивает защиту транзисторного ключа при длительных коротких замыканиях, что повышает надежность его в работе. 1 ил. С с е гк