Устройство для токовой защиты мощного транзистора Советский патент 1992 года по МПК H02K7/10 

Изобретение относится к микроэлектронике, устройствам защиты мощных транзисторов при превышении тока через них, и может быть использовано в мощных усилителях, в. стабилизаторах, мощных транзисторах, предназначенных для управления электродвигателями или в других устройствах, где требуется защита ограничением тока.

Известно устройство защиты ограничением тока, содержащее выходной составной транзистор, эмиттер которого подключен к нагрузке через баластный резистор и к катоду диода, анод которого подключен к шине питания через второй резистор и к базе первого транзистора, эмиттер которого подключен к выходному выводу устройства, а коллектор - к базе составного транзистора через третий резистор и к базе второго транзистора другой проводимости, эмиттер которого подключен к базе составного транзистора, а коллектор - к общему проводу, при этом коллектор составного транзистора подключен к шине питания.

При допустимом токе через выходной транзистор напряжение на баластном резисторе недостаточно для отпирания второго транзистора. При превышении допустимого тока через выходной транзистор напряжение на баластном резисторе достигает вели- чины отпирания второго транзистора, вследствие чего этот транзистор шунтирует базовую цепь выходного транзистора, ограничивая выходной ток.

Недостатком такого решения является наличие больших потерь мощности в эмит- терной цепи мощного транзистора на баластном резисторе, особенно при малом напряжении питания.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее мощный составной транзистор, коллектор которого подключен к шине питания, эмиттер через баластный резистор - к выходу и к эмиттеру стабилизирующего транзистора, база которого через резистор соединена с базой мощного составного транзистора и через другой резистор с собственным коллектором, который подключен к базе усилительного транзистора. Коллектор усилительного транзистора через резистор подключен к базе мощного составного транзистора. К коллектору усилительного транзистора подключена база исполнительного транзистора другой полярности, где эмиттер его подключен к базе мощного составного транзистора, а коллектор к выходу.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении допустимого тока через составной мощный транзистор на баластном резисторе образуется напряжение, недостаточное для отпирания усилительного транзистора.

При повышении тока через составной мощный транзистор напряжение на баластном резисторе достигает значения, при котором открывается усилительный

0 транзистор и открывает исполнительный транзистор, который, в свою очередь, шунтирует базу выходного транзистора и закрывает его.

Недостатком данного устройства явля5 ется наличие потерь мощности на баластном резисторе, который одновременно является паразитным источником тепла. При изменении температуры кристалла меняется порог срабатывания устройства и,

0 тем самым, ухудшается защита составного мощного транзистора.

Цель изобретения - повышение точности срабатывания при уменьшении потерь мощности.

5Положительный эффект от использования изобретения - малые потери мощности в цепях управления мощным транзистором и повышенная точность срабатывания устройства.

0 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для токовой защиты мощного транзистора, содержащее исполнительный транзистор, предназначенный для включения между базой мощного транзистора и

5 общей шиной, усилительный транзистор, к коллектору которого подключены база исполнительного транзистора и один вывод нагрузочного резистора, стабилизирующий транзистор, эмиттер которого предназна0 чен для соединения с эмиттером мощного транзистора, источник тока на транзисторе, токозадающий транзистор и токозадающий резистор, введены второй источник тока на транзисторе, два транзистора и три рези5 стора, причем база первого транзистора предназначена для подключения к маломощному эмиттеру мощного транзистора, а его коллектор через первый резистор подключен к коллектору транзистора второго

0 источника тока и к эмиттеру усилительного транзистора, а также через второй резистор к коллектору второго транзистора. База усилительного транзистора подсоединена к коллектору первого транзистора, база вто5 рого транзистора соединена с базой и коллектором стабилизирующего транзистора и с коллектором транзистора первого источника тока, эмиттеры первого и второго транзисторов подключены к общей шине, базы транзисторов обоих источников тока объединены и соединены с базой и коллектором токозадающего транзистора, коллектор которого через то коза дающий резистор соединен с общей шиной, эмиттеры транзистора второго источника тока и токозадающего транзистора предназначены для Подключения к коллектору мощного транзистора, а эмиттер транзистора первого источника тока через третий резистор- к коллектору мощного транзистора, при этом другой вывод нагрузочного резистора подключен к общей шине.

На чертеже приведена принципиальная схема токовой защиты мощного транзистора.

Она содержит два транзистора 2 и 3 одной полярности с коллекторными резисторами 4 и 5, транзистор 6 противоположной полярности с резистором 7 нагрузки, первый источник тока на транзисторе 12 и резисторе 13 и второй источник тока на транзисторе 11 с общей для обоих источников тока токозадающей цепью на транзисторе 9 и резисторе 10, исполнительного транзистора 8.

Транзисторы 2, 3 с коллекторными резисторами 4, 5 составляет дифференциальный усилитель, а транзистор 6 образует усилительный каскад того же усилителя. К маломощному эмиттеру мощного транзистора 1 подключена база транзистора 2, к коллектору которого подсоединена база транзистора 6 и резистор 4. Другой конец резистора 4 соединен с резистором 5, коллектором транзистора 11 и эмиттером тран- зистора 6, к коллектору которого подсоединена база транзистора 8 и резистор 7. Коллектор транзистора 8 подключен к базе мощного транзистора. Эмиттеры транзисторов 8, 2, 3, 14, а также другой вывод резистора 7 подсоединены к эмиттеру мощного транзистора. Коллектор транзистора 3 подсоединен.через резистор 5 к коллектору транзистора 11, а база его к базе и коллектору транзистора 14, а также к коллектору транзистора 12. Базы транзисторов 11, 12 и 9 объединены и подсоединены к коллектору транзистора 9 и через резистор 10 подсоединены к эмиттеру мощного транзистора.

Устройство работает следующим образом.

При нормальных условиях, когда протекающий ток через мощный транзистор не превышает заданной величины, через маломощный эмиттер мощного транзистора 1 из-за малого падения напряжения база- эмиттер мощного транзистора, ток отсутствует и транзистор 2 закрыт. Закрыт и транзистор 6, поскольку в данный момент

на резисторе 4 нет падения напряжения, поэтому закрыт и исполнительный транзистор 8, и на работу транзистора 1 не оказывает влияния, а ток второго источника тока

(транзистор 11) протекает через коллекторный резистор 5 и открытый транзистор 3. Ток, проходящий через первый источник тока, состоящий из транзистора 12 и резистора 13, держит транзистор 3 в открытом

состоянии. Величину тока через оба источника тока задает транзистор 9 и резистор 10. Резистор 13 служит для создания смещения на эмиттере транзистора 12 и уменьшения тока через транзистор 12. Это

необходимо, чтобы не перенасыщать транзистор 3. Перенасыщение транзистора 3 уменьшает быстродействие схемы. Транзистор 14 служит для стабилизации базового

тока транзистора 3. Величина этого тока регулируется для источников тока общим резистором 10 и выбирается в зависимости от величины допустимого тока через мощный транзистор.

В случае, когда ток, проходящий через мощный транзистор, превышает допустимую величину, на первом эмиттере мощного транзистора перепад напряжения растет и достигает величины отпирания транзистора

2, база транзистора 6 через открытый транзистор 2 получает питание, и транзистор 6 также открывается. Когда сопротивление открытого транзистора 6 и переход база- эмиттер транзистора 8 станет меньше сопротивления резистора 5 плюс сопротивления открытого транзистора 3, основной ток источника тока II пройдет по цепи открытый транзистор 6, переход база- эмиттер транзистора 8, и открывает его. Открытый транзистор 8 шунтирует базу мощного транзистора 1 на его эмиттер и прикрывает его, тем самым ограничивая прямой ток через открытый мощный транзистор 1. Регулируя ток базы через транзистор

3, изменяя величину резистора 13, можно точно задать допустимую величину тока через мощный транзистор независимо от параметров транзисторов управления.

Схема несложна, расположена на одном кристалле в кристалле в интегральном исполнении. Мощный транзистор выполнен составным с малым током базы, а поскольку исполнительный транзистор подключен к

общей базе, то все транзисторы схемы маломощны и потребляют незначительную часть энергии. Вся предложенная схема представляет собой отдельный мощный транзистор, отличающийся, от обычных транзисторов наличием ограничителя тока при перегрузке его.

Формула изобретения Устройство для токовой защиты мощного транзистора, содержащее исполнительный транзистор, предназначенный для включения между базой мощного транзистора и общей шиной, усилительный транзистор, к коллектору которого подключены база исполнительного транзистора и один вывод нагрузочного резистора, стабилизирующий транзистор, эмиттер которого предназначен для соединения с эмиттером мощного транзистора, источник тока на транзисторе, токозадающий транзистор и токозадающий резистор, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности срабатывания при уменьшении потерь мощности, введены второй источник тока на транзисторе, два транзистора и три резистора, причем база первого транзистора предназначена для подключения к маломощному эмиттеру мощного транзистора, а его коллектор через первый резистор подключен к коллектору транзистора второго

источника тока и к эмиттеру усилительного транзистора, а также через второй резистор - к коллектору второго транзистора, база усилительного транзистора подсоединена к

коллектору первого транзистора, база второго транзистора соединена с базой и коллектором стабилизирующего транзистора и с коллектором транзистора первого источника тока, эмиттеры первого и второго транзисторов подключены к общей шине, базы транзисторов обоих источников тока объединены и соединены с базой и коллектором токозадающего транзистора, коллектор которого через токозадающий резистор соединен с общей шиной, эмиттеры транзистора второго источника тока и токозадающего транзистора предназначены для подключения к коллектору мощного транзистора, а эмиттер транзистора первого источника тока через третий резистор - к коллектору мощного транзистора, при этом другой вывод нагрузочного резистора подключен к общей шине.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности срабатывания при уменьшении потерь мощности. Маломощный эмиттер мощного транзистора 1 соединен с базой транзистора 2, к коллектору которого подсоединены база транзистора 6 и резистор 4. Другой конец резистора 4 соединен с резистором 5, коллектором транзистора 11 и эмиттером транзистора 6, к коллектору которого подсоединены база транзистора 8 и резистор 7. Коллектор транзистора 8 соединен с базой мощного транзистора. Эмиттеры транзисторов 8,2,3 и 14, а также другой вывод резистора 7 подсоединены к эмиттеру мощного транзистора. Коллектор транзистора 3 подсоединен через резистор 5 к коллектору транзистора 11, а база подсоединена к базе и коллектору транзистора 14, а также коллектору транзистора 12. Базы транзисторов 11, 12 и 9 объединены и подсоединены к коллектору транзистора 9 и через резистор 10 подсоединены к эмиттеру мощного транзистора. Эмиттеры транзисторов 9 и 11 подсоединены к коллектору мощного транзистора через резистор 13 и эмиттеру транзистора 12. Принцип работы схемы основан на сравнении двух токов: тока, поступающего от до- полнител ьного эмиттера мощного транзистора, и тока,зада иного заранее стабилизатором тока. В случае превышения первого схема срабатывает. 1 ил. (Л С vi ю ел со ю