Узел тепловой защиты интегральных стабилизаторов напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/569 

00

i

ю

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в полупроводниковых интегральных стабилизаторах постоянного напря- жения и других электронных устройствах, в которых возможны тепловые перегрузки.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности уз- ла тепловой защиты интегральных стабилизаторов напряжения.

Схема устройства приведена на чертеже.

Узел тепловой защиты содержит с первого ПО-десятьй транзисторы 1-10 и с первого по седьмой резисторы 11-17, Эмиттеры транзисторов 1, 2 и 3 через резисторы 11, 12 и 13 соответственно соединены с входным выводом 18 устройства, базы транзисторов 1, 2 и 3 подключены к коллектору транзистора 4, база которого соединена с коллекторами транзисторов 1 и 5, а эмиттер транзистора 4 - сэмит- тером транзистора 7. Базы транзисторов 5 и 6 объединены и подключены к коллекторам транзисторов 2 и 6, Эмиттер транзистора 6 соединен с базой транзистора 10 и через последователь но включенные резисторы 14, 15 и 16 связан с общей шиной 19, к которой также подключены коллектор транзистора 7 и эмиттеры транзисторов 8, 9 и 10, Эмиттер транзистора 5 подклю- чей к точке соединения резисторов 15 и 14, Первьй коллектор 20 транзистора 3 соединен с коллектором транзистора 10 и с базой транзистора 9, а второй коллектор 21 транзистора 3 подключен к коллектору транзистора 9, к базе транзистора 8 и через резистор 17 - к точке соединения резисторов 15,14 и базы транзистора 7, Коллектор транзистора 8 подключен к управляющему входу регулирующего элемента 22. Транзистор 23 выполняет функцию источника тока в управляющей цепи регулирующего элемента 22,

Устройство работает следующим образом.

Статический режим источника опорного тока (элементы 1, 2, 4-7, 11, 12, 14) и температура срабатывания узла защиты задаются за счет рассог ласования площадей переходов эмиттер база транзисторов 5 и 6 (Sj N, N 3-10), При этом ток 1 источника опорного тока и падение напряже

ния и на резисторах 12, 14-16, которое задает температуру срабатывания узла защиты, определяются следующим образом:

1 kT 1,(Т) l-.,

(4

R.. q

R,r + Rf. NkT

Ut (Т) 1 + 2 )lnN,

. R

14

где R t6 сопротивления резисторов 14-16,

k - постоянная Больцмана, q - заряд электрона, Т - абсолютная температура.

Приведенные вьше соотношения показывают, что уставка тепловой защиты определяется только отношением площадей эмиттеров транзисторов 5 и 6 и отношением резисторов 14-16, Таким образом, температура срабатывания узла защиты практически не зависит от технологического разброса параметров элементов.

При температуре кристалла, меньшей максимально допустимо-й температуры, падение напряжения на резисторах 14- 16 меньше, чем пороговое напряжение эмиттер - база.и.5 пор. ю транзистора 10, и узел защиты не влияет на работу стабилизатора. При увеличении температуры кристалла падение напряжения на резисторах 14-16 возрастает, а напряжение эмиттер - база транзистора 10 уменьшается и в тот момент, когда они станут равны транзистор 10 открывается, транзистор 9 закрывается и переключает ток коллектора 21 транзистора 3, транзистор 8 открьшается и шунтирует управляющий вход регулирующего элемента 22, вьж- лючая тем самым стабилизатор. Температура последующего включения ста билизатора меньше температуры его выключения за счет дополнительного падения напряжения ,на резисторе 16, созданного током коллектора 21 транзистора 3 в момент срабатывания узла защиты.

Температура срабатывания узла защиты определяется следующим образом:

ле„1

.о СТ,) + Г, ,,, (T,)J

где

7-, 1 + 2(R,5 + R,,)/R

f+

(Т.)

3

kT

InN,

и (Т,) In эв 1о q

V 1го(Та) ) 1 IS(TX) J

где d - ширина запрещенной зоны

кремния; иэб«(Тх) и ли 56 5t значения напряжения

эмиттер - база транзистора

1374206

10 и разности напряжении эмиттер - база транзисторов 5 и 4 при некоторой температуре Т Т. Диапазон температур, в котором стабилизатор находится в выключенном состоянии после срабатывания узла тепловой запщты, определяется следующим .соотношением:

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в интегральных полупроводниковых стабилизаторах постоянного напряжения и других устройствах, где возможны тепловые нагрузки. Цель изобретения - повышение эффективности и надежности устр-ва. Цель достигается за счет введения в устр-во теплового гистерезиса. При этом температура выключения и последующего включения интегрального стабилизатора разносится на 30-50fc. Такое построение устр-ва позволяет существенно снизить вероятность развития процесса электромиграции и вторичного пробоя транзисторов регулирующего элемента при длительном существовании тепловой перегрузки. 1 ил. , (Q W

4Т,

i

Л,

где

ГГ

R,I,, (T,)/R,I,(T,) .

Приведенные соотношения позволяют по требуемым значениям Т о, и рассчитать значения сопротивлений резисторов 14 и 16. Сопротивление резистора 17 выбирается исходя из условия обеспечения насьш1ения транзисто- ра 8 при срабатывании узла защиты.

Узел тепловой защиты имеет высокую крутизну срабатывания за счет действия положительной обратной связи по цепи: база транзистора 10, база транзистора- 9, коллектор транзистора 9, резисторы 15, 14, база транзистора 10. Так, при увеличении температуры кристалла до значения Тл, коллекторный ток транзистора 8 воз- .растает на три порядка при изменении температуры кристалла всего на 1- ,1,54..

Таким образом, предлагаемый узел тепловой защиты позволяет существенно повысить надежность интегральных стабилизаторов средней и большой мощности, имеет достаточно простую схемотехническую реализацию и малый ток потребления.

Формула изобретения

Узел тепловой защиты интегральньпг стабилизаторов напряжения, содержащий десять транзисторов и семь резисторов, причем эмиттеры первого, второго и третьего транзисторов соответственно через первый,,второй и третий резисторы соединены с входным . выводом устройства, базы указанных

г, аиэб5,б (Тх)

(Т.) + (, + У,)изз,д (Т,)

транзисторов объединены и подключены к коллектору четвертого тран зистора, коллектор первого транзистора соединен с коллектором пятого транзис- тора, база которого подключена к базе шестого транзистора, эмиттер пятого транзистора через четвертый резистор соединен с эмиттером шестого транзистора, база седьмого транзистора соединена с первым выводом пятого резистора, коллектор седьмого транзистора подключен к общей шине, к первому выводу шестого резистора, к эмиттеру восьмого транзистора, база которого подключена к коллектору девятого транзистора, соединенного с коллектором десятого транзистора, а коллектор десятого транзистора связан с управляющим

входом регулирующего элемента, о т - личающ. ийся тем, что, с целью повьш1ения его эффективности и .надежности, база четвертого транзистора соединена с коллекторами первого и пятого транзисторов, базы пятого и шестого транзисторов связаны с объединенными коллекторами второго и шестого транзисторов, эмиттер четвертого транзистора подключен к эмиттеру седьмого транзистора, база которого соединена с вторыми выводами шестого и седьмого резисторов, вто- рой вывод пятого резистора соединен с эмиттером пятого транзистора, база

десятого транзистора подключена к эмиттеру шестого транзистора, эмиттеры десятого и девятого транзисторов соединены с общей шиной, третий транзистор выполнен двухколлекторньм, причем первый его коллектор

подключен к коллектору девятого транзистора.