Устройство для защиты силового транзистора Советский патент 1992 года по МПК G05F1/569 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для предотвращения выхода из строя мощных транзисторов в силовых каскадах.

Цель изобретения - повышениеэффективности использования области безопасной работы силового транзистора..

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты силового транзистора; на фиг. 2 представлены теоретическая 1 и- экспериментальная II эпюры графика области безопасной работы силового транзистора-.

Устройство для защиты содержит датчик 1 тока, включенный в цепь протекания тока, защищаемого силового транзистора 2 и датчик 3 напряжения, включенный параллельно переходу коллектор-эмиттер транзистора 2, аналоговый перёмножитель 4 сигналов, выход которого соединен с первым входом компаратора 5, второй вход которого соединен с первым источником компаратора 5 опорного напряжения, а выход его соединен с базой защищаемого транзистора 2,.первый вход аналогового перемножителя 4 сигналов соединен с выходом 6 датчика 3, а второй вход - с выходом 7 датчика 1, датчик 3 напряжения состоит из транзистора &, эмиттер которого через резистор 9 соединен с коллектором защищаемого транзистора 2, а база - с эмиттером транзистора 2, коллектор транзистора 8 соединен с инвертирующим входом суммирующего усилителя 10, с резистором 11 обратной связи, включенным между выходом и инвертирующим входом усилителя 10, который также через резистор 12 подключен к второму источнику опорного напряжения, неинвертирующий вход суммирующего усилителя 10 подключен к общей шине. Датчик 1 тока состоит из дифференциального суммирующего усилителя 13с резистором 14 об)атной связи, включенным между выходом и инвертирующим входом усилителя 13, который также через резистор 15 подключён к одному выводу резистивного датчика 16 тока, а через другой резистор 17 - к третьему источнику опорного напряжения, неинвертирующий вход усилителя 13 через резистор 18 соединен с другим выводом резистивного датчика 16 тока, а через другой резистор 19 - с общей шиной. Вывод 20 предназначен для подачи управляющего напряжения на базу транзистора 2 от основного узла управления, например, от стабилизатора напряжения.

В процессе работы устройства.компаратор 5 постоянно производит сравнение опорного напряжения первого источника с произведением напряжений, поступающих

от датчиков 1 и 3 тока и напряжения, которое осуществляется аналоговым перемножителем 4 сигналов. Напряжение на выходе датчика 1 тока пропорционально протекающему току, а напряжение на выходе датчика 3 напряжения пропорционально падению напряжения на переходе коллектор-эмит.тер защищаемого транзистора 2,

При отсутствии перегрузки выходное

напряжение аналогового перемножителя 4 находится в таком соотношении с опорным напряжением первого источника, при котором выход компаратора 5 не влияет на сигнал, поступающий на базу защищаемого

транзистора 2 выводег 20 основного узла управления.

Если падение напряжения .на транзисторе 2 или протекающий через него ток, либо то и другое одновременно изменяются

настолько, что нарушается указанное соотношение, выход компаратора 5 переходит в такое состояние, при котором, воздействуя на базу защищаемого транзистора 2, уменьшается протекающий через него ток до значения, при котором устанавливается указанное соотношение.

Таким образом, устройство защиты силового транзистора ограничивает ток, протекающий через мощный транзистор,- в

зависимости от падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер. Ограничение протекающего, через мощный транзистор тока осуществляется в соответствии с графиком области безопасной работы, следовательно, по гиперболической функции.

У мощных- транзисторов область без-. опасной работы описывается гиперболической функцией, которая характеризуется следующим соотношением:

-п-тгтг- ик.э. + b

где а - коэффициент, характеризующий крутизну:

Ь-смещение по оси X; с - смещение по оси Y.

В данном устройстве выходное напряжение аналогового перемножителя 4-сигналов равно произведению UnUy -Ki;

UH - напряжение на выходе датчика напряжения;

Uy - напряжение на выходе датчика тока,

KI - коэффициент перемножения аналогового перемножителя сигналов. При отсутствии перегрузки транзистора 2 выполняется следующее соотношение:

ии-UyKi Ei,

следовательно,.режим работы транзистора. 2 находится в области безопасной работы.

При 100%-ном использовании области безопасной работы транзистора 2 выполняется следующее соотношение:

UMUy-Ki Ei

Выходное напряжение датчика напряжения

ик.э.

Е2

UH

ROC.I +:

ROC.I.

R3 RE2

где сопротивление резистора 9; Rod - сопротивление резистора 11; RE2 сопротивление резистора 12, Выходное напряжение датчика тока II ID Roc.2 1 г- ROC..Ry- -i-E3--,

где Ry - сопротивление резистивного датчка 16 тока;

Roc2 - сопротивление резистора 14;

Ri5-сопротивление резистора 15;

REG - сопротивление резистора 17.

Подслзвив выражения Уи и Uy, получа Ei Яэ -RIS

Roc.1 KI Roc.2 ЕЗ-R 15

Ri

Ry RES.

E2 Ra

икэ-Ь

RE2 Обозначив

El. Ra Ri9

Я

Kl Roc.2

Ry ROC.I E2R3

. b,

RE2

E3Ri5

c,

Ry-RE3 олучают

1з

-С,

ик.э. + b

что совпадает с выражением гиперболической функции графика области безопасной работы силового транзистора 2.

Использование в датчике напряжения предлагаемого устройства транзистора и операционного усилителя, точность которого намного выше точности стабилитрона в прототипе, обеспечивает высокую точность совпадения теоретической и экспериментальной эпюр графиков области безопасной работы мощного транзистора.

Использование в датчике тока дифференциального суммирующего усилителя на основе операционного усилителя обеспечивает высокую точность а широком диапазоне эмиттерного напряжения мощного транзистора.

Введение в устройство трех источников опорных напряжений обеспечивает возможность максимально точного определения коэффициентов, а, Ь, с, обеспечивая максимальное совпадение экспериментальV

ного графика области безопасной работы силового транзистора с теоретическим,. Формула изобретения Устройство для защиты силового транзистора, содержащее датчик тока, включенный в цепь протекания тока защищаемого силового транзистора, датчик напряжения, включенный параллельно цепи коллекторэмиттер силового транзистора, и усилитель 0 разностного сигнала, .входы которого подключены соответственно к выходам датчика тока и напряжения, а выход подсоединен к баз,силового транзистора, vf выводу для подключения управля ющего сигнала,0 т л и5 чающийся тем. что, с целью повышения эффективности использования области безопасной работы силового транзистора датчик напряжения состоит из транзистора, эмиттер которого через первый резистор соединен с коллектором защищаемого силового транзистора, база-- с эмиттером силового транзистора, а коллектор соединен с инвертирующим входом первого дифференциального суммирующего усилителя,

5 который через второй резистор подключен

к первому источнику опорного напряжения

и через первый резистор обратной связи к выходу первого дифференциального сум,мируЮщего усилителя, который использо0 вам в качестве выхода датчика напряжения, неинвертирующий вход первого дифференциального суммирующего усилителя подключен к общей шине, а датчий тока Состоит из второго дифференциального суммирую5 щего усилителя, выход которого использован в качестве выхода датчика тока, который через второй резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом второго дифференциального суммирующего усилителя, который через третий резистор подключен к третьему источнику опорного , напряжения и через четверть1й резистор подключен к одному выводу резистивиогр датчика тока, к которому подключен также

5 эмиттер силового транзистора, неинвертирующий вход второго дифференциального суммирующего усилителя через пятый резистор соединен с другим выводом резистийного датчика тока, а через шестой резистор -

0 с общей шиной, кроме того, усилитель разностнрго сигнала состоит из аналогового перемножителя и компаратора, .выход которого использован в качестве выхода усилителя разностного сигнала, один из входов

5 соединен с вторым источником опорного напряжения, а второй вход - с выходом ана- . лотового перемножителя, входы которого использованы в качестве входов усилителя разностного сигнала.

S(A) 1

икэ(В)

Фи3.2

Изобретение относится к электротехни- 'ке и может быть использовано для предотв-' ращения выхода из строя мощных транзисторов в силовых каскадах. Цель изобретения - повышение эффективного использования области безопасной работы силового транзистора. Устройство содержит датчик тока 1. включенный в цепь протекания тока защищаемого мощного' транзистора 2, и датчик 3 напряжения, включенный параллельно переходу коллектор-эмиттер мощноготранзистора 2, анало- говый перемножитель сигналов 4 и усилитель 5 разностного сигнала. Использование в датчике 3 напряжения транзистора 8 и операционного усилителя 10, а в датчике 1 тока дифферен'циального суммирук)щего усилителя 13 на основе операционного усилителя обеспечивает максимальное приближение области работы транзистора 2 к области его безопасной работы. 2 ил.Фиг.. 1(Лс119•VI о ю ю00о