Узел тепловой защиты интегрального стабилизатора напряжения Советский патент 1989 года по МПК G05F1/569 

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

Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения тока потребления и упрощения схемы узла.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема устройства.

Узел тепловой защиты интегрального стабилизатора напряжения содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5, шестой 6, седьмой 7, восьмой 8 и девятый 9 транзисторы, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы. Эмиттеры транзисторов 1 и 2 соединены с входным выводом 14, а базы транзисторов 1 и 2 подключены к эмиттеру транзистора 6. Коллектор транзистора 1 соединен с базой транзистора бис коллектором транзистора 3, эмиттер которого через резистор 10 подключен к общей шине, 15. Первый 16 коллектор транзистора 2 соединен с коллектором и базой транзистора 7, к которой также подключена база транзистора 3. База транзистора 4 соединена с эмиттером транзистора 7 и через резистор 11 подключена к коллектору транзистора 4 и базе транзистора 9. Второй 17 коллектор транзистора 2 соединен с эмиттером транзистора 8, база которого подключена к коллектору транзистора 9 и третьему 18 коллектору

МыА

транзистора 2. Коллектор транзистора 8 соединен с базой транзистора 5 и через последовательно включенные резисторы 12 и 13 соединен с общей шиной 15, к которой также подключены первый эмиттер 19 транзистора 4, коллектор транзистора 6 и эмиттеры транзисторов 9 и 5. Второй эмиттер 20 транзистора 4 подключен к точке соединения резисторов 12 и 13. Коллектор транзистора 5 соединен с управляющим входом регулирующего элемента 21. Транзистор 22 выполняет функцию источника тока в управляющей цепи регулирующего элемента 21.

Устройство работает следующим образом.

Статический режим источника опорного тока (элементы 1-5, 9-13) определяется значением резистора 10

Ion /Я 10,

где /«, - значение опорного тока; иэе - падение напряжения эмиттер-база транзистора 4.

При этом опорный ток /on имеет отрицательный температурный дрейф.

Ток коллектора 18 транзистора 2 имеет отрицательный температурный дрейф, а ток коллектора транзистора 9 имеет положительный температурный дрейф. Ток /s коллектора транзистора 9 определяется следующим соотношением:

(

ОЭ 20™т

/.

dT

)ЬА„ Я,о ЧТУ П1

где/IB-ток коллектора 16 транзистора 2; 5э2о - площадь эмиттера 20 транзистора 4; S39 - площадь эмиттера транзистора 9; температурный потенциал.

Дифференцируя выражение по температуре и учитывая, что /К, где К. - отношение площади коллектора транзистора 1 к площади коллектора 16 транзистора 2, получают

dl, /9 (Тх), , АКЛ

где ЛЕО - значение ширины запрещенной зоны кремния;

г) 3,5-4 - параметр, зависящий от свойств полупроводникового материала; ) - значение тока коллектора транзистора 9 при некоторой опорной температуре .

Таким образом, если выполняется условие , ток коллектора транзистора 9 имеет положительный температурный дрейф. Узел тепловой защиты срабатывает при .температуре, при которой значение тока коллектора транзистора 9 немного превышает значение тока коллектора 18 транзистора 2. При этом появляется ток в цепи коллектора транзистора 4, резко возрастает падение напряжения на резисторах 12 и 13, что приводит к переходу транзистора 5 в режим насыщения. Транзистор 5 шунтирует

5

0

5

0

5

0

5

управляющий вход регулирующего элемента 21, выключая стабилизатор напряжения.

В нормальном режиме работы (температура кристалла меньше температуры срабатывания узла защиты) элементы 5, 8 и 9 находятся в режиме отсечки и не влияют на работу стабилизатора.

Разность температур выключения и последующего включения стабилизатора (тепловой гистерезис) формируется следующим образом.

Эмиттеры 19 и 20 транзистора 4 имеют различную площадь, причем S32o. V-S 9in, где . Это позволяет в нормальном режиме работы стабилизатора распределить эмиттерные токи транзистора 4 пропорционально площадям соответствующих эмиттеров 19 и 20. Таким образом, до момента срабатывания узла защиты, практически весь ток коллектора транзистора 4 протекает через эмиттер 20, имеющий большую площадь. После срабатывания узла защиты, падение напряжения на резисторе 13 приводит к перераспределению коллекторного тока транзистора 4 между эмиттерами 19 и 20. Ток эмиттера 20 резко уменьшается, а ток эмиттера 19 возрастает, следовательно, возрастает и падение напряжения эмиттер 19 - база транзистора 4. Это приводит к пропорциональному увеличению напряжения, приложенного к переходу эмиттер-база транзистора 9 и, как следствие, к сдвиганию температуры включения интегрального стабилизатора в сторону меньших температур. Разность температур отключения и последующего включения стабилизатора определяется отношением площадей эмиттеров 19 и 20 транзистора 4. Так, при диапазон температур, в котором стабилизатор находится в выключенном состоянии, составляет 35-40°С.

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

Формула изобретения

Узел тепловой защиты интегрального стабилизатора напряжения, содержащий девять транзисторов и четыре резистора, причем базы первого и второго транзисторов объединены, а их эмиттеры подклю- чены к входному выводу, коллектор первого транзистора соединен с коллектором третьего транзистора, эмиттер которого через первый резистор подключен к общей шине, с которой также соединены первый эмиттер четвертого транзистора, эмиттер пятого транзистора и коллектор шестого транзистора, первый коллектор второго транзистора соединен с базой седьмого транзистора, второй коллектор второго транзистора подключен к эмиттеру восьмого транзистора, база которого соединена с коллектором девятого транзистора, база четвертого транзистора через второй резистор сое- динена с его коллектором и базой девятого транзистора, коллектор восьмого транзистора соединен с базой пятого транзистора и через последовательно соединенные третий и четвертый резисторы подключен к общей шине, а коллектор пятого транзистора является управляющим выходом узла, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности путем уменьшения

тока потребления и упрощения схемы, база третьего транзистора соединена с базой и коллектором седьмого транзистора, эмиттер которого подключен к базе четвертого транзистора, который выполнен двухэмиттерным, при этом второй эмиттер подключен к точке соединения третьего и четвертого резисторов, третий коллектор второго транзистора подключен к коллектору девятого транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, базы первого i: второго транзисторов подключены к эмиперч шестого транзистора, а база шестого транзистора соединена с коллектором первого транзистора.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в интегральных полупроводниковых стабилизаторах постоянного напряжения и в других устройствах, где возможны тепловые перегрузки. Цель изобретения - повышение КПД и надежности путем уменьшения тока потребления и упрощение схемы. Цель достигается за счет схемотехнического совмещения источника опорного тока, имеющего отрицательный температурный дрейф опорного тока, и устройства, которое имеет тепловой гистерезис (температуры отключения и последующего включения интегрального стабилизатора отличаются 30-50°с). Такое построение устройства позволяет существенно снизить вероятность выхода из строя интегрального стабилизатора при длительном существовании тепловой перегрузки. 1 ил.