Устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя Советский патент 1992 года по МПК G01R31/26 H02H7/10 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при контроле и измерении параметров силовых транзисторов, в частности при испытаниях на устойчивость к вторичному пробою,

Известно устройство для защиты транзисторов при испытании, В этом устройстве токовая защита выполнена на управляемом ключе, подключенном параллельно коллектор-эмиттерному переходу испытуемого транзистора. Обратные перенапряжения на коллекторном переходе испытуемого транзистора ограничиваются диодами,подключенными параллельно индуктивности в коллекторной цепи испытуемого транзистора.

Недостатком такого устройства защиты является то, что оно не обеспечивает ограничение наперед заданного напряжения на коллекторном переходе в процессе запирания. Кроме того, сравнительно длительное пребывание испытуемого транзистора в режиме вторичного пробоя снижает надежность предотвращения необратимого процесса.

Известно также устройство для защиты транзисторов при испытаниях, в котором напряжение на переходе эмиттер-коллектор испытуемого транзистора ограничивается посредством цепи из источника напряжения,шунтированного стабилитроном, конденсатором и резистором, подключенной через диод к коллектору испытуемого транзистора.

Недостатком этого устройства защиты является то, что оно не обеспечивает токовую защиту испытуемого транзистора в процессе вторичного пробоя и не предотвращает необратимый процесс, обусловленный вторичным пробоем.

XI СП 00

о о ю

Поэтому такая защита при контроле силового транзистора на устойчивость к вторичному пробою при переключении является ненадежной.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя. Это устройство для защиты содержит блок токовой защиты, выполненный на параллельно соединенных транзисторах, предусилителе. и стабилитроне, блок обнаружения вторичного пробоя, блок индикации вторичного пробоя с источником напряжения питания на выходе и диод, причем первый информационный вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подключения к коллекторно- му выводу, второй вход - к базовому выводу силового транзистора, а третий вход подключен к датчику тока, предназначенному для включения в коллекторную цепь силового транзистора, коллекторы и эмиттеры транзисторов блока токовой защиты подключены к выходам блока токовой защиты соответственно, базы транзисторов подключены к аноду стабилитрона, катод стабилитрона блока токовой защиты подключен к первому выходному выводу блока токовой защиты, к аноду диода и источнику тока.

Недостатком этого устройства - прототипа является невозможность осуществлять контроль вновь создаваемых перспективных силовых высоковольтных транзисторов на напряжения больше допустимого коллекторного напряжения транзисторов в блоке параллельной токовой защиты,

Использование высоковольтных транзисторов в блоке параллельной токовой защиты делает ее быстродействие соизмеримым с быстродействием испытуемого высоковольтного транзистора, что не обеспечивает высокую надежность защиты мощных высоковольтных транзисторов при неразрушающем контроле их на вторичный пробой. Величина дополнительного тока, протекающего на интервале рассасывания ограничительного диода через испытуемый транзистор| и время нахождения испытуемого транзистора в режиме вторичного пробоя значительно уменьшаются, но полностью не устраняют5

0

5

ся, При этом остаются причины вероятного перехода испытуемого силового транзистора в режим необратимого процесса. Следовательно, такую за- ( щиту нельзя признать высоконадежной.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков и расширение области использования устройства.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя, содержащее блок токовой защиты, выполненный на параллельно соединенных транзисторах, предусилителе и стабилитроне, блок обнаружения вторичного пробоя, блок индикации вторичного пробоя с источником напряжения питания на выходе и диод, причем первый информационный вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подключения к коллекторному выводу, втот рой вход - к базовому выводу силового транзистора, а третий вход подключен к датчику тока, предназначенному для включения в коллекторную ц епь силового транзистора, коллекторы м эмиттеры транзисторов блока тот

0 ковой защиты подключены к выходам блока токовой защиты соответственно, базы транзисторов подключены к аноду стабилитрона, катод стабилитрона блока токовой защиты подключен к перво5 му выходному выводу блока токовой защиты, к аноду диода и к источнику тока, снабжено источником напряжения смещения, блоком регулирования напряжения ограничения, включающим N

0-ключей и N элементов И, и N-1 блоками токовой защиты, причем каждый из блоков токовой защиты снабжен дополнительным транзистором, эмиттер которого подключен к первому выходному

5 выходу блока токовой защиты, коллектор - к базам транзисторов,блока токовой защиты, а база дополнительного транзистора через предусилитель подключена к входу блока токовой защиты,

0 причем все N блоков токовой защиты соединены между собой последовательно, катод диода предназначен для подключения к коллекторному выводу силового транзистора, а второй выходной

5 выход N-ro блока токовой защиты через источник смещения предназначен для подключения к эмиттерному выводу силового транзистора, первые входы элементов И и блока регулирования напряжения ограничения соединены между соСой и подключены к выходу блока обнаружения вторимного пробоя, вторые входы - через соответствующие ключи подключены к выходу блока индикации, вход которог о подключен к выходу блока обнаружения вторично о пробоя, а выходы элементов И подключены ко входам соответствующих блоков токово защиты,

Авторы не обнаружили в других технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обеспечивающих при решении задачи защиты испытуемого транзистора от разрушения, возможность осуществлять контроль силовых транзисторов на напряжения, превышающие допустимое напряжение коллектор-эмиттер транзисторов блока токовой защиты с одновременным повышением быстродействия срабатывания, которые способствуют расширению области использования устройства. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию существенные:, отличия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано на фиг.1 - схема устройства для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя, на фиг.2 - эпюры токов и напряжений на основных элементах защиты.

Устройство содержит блок 1 токовой защиты, блок 2 обнаружения вторичного пробоя, блок 3 индикации вторичного пробоя, диод А, источник 5 напряжения смещения и блок 6 регулирования напряжения ограничения. Кроме устройства защиты на схеме обозначены блок 7 управления испытуемым транзистором 8 и источник 3 , коллекторного тока испытуемого транзистора, включающий резистивный датчик тока,

Блок 1 параллельной токовой защиты содержит N идентичных блоков, 10,1 11, 12, каждый из которых имеет вход 13, первый I и второй 15 выходные выводы и содержит параллельно включенные транзисторы 16, транзистор 17 дополнительного типа проводимости, предусилитель 18 и стабилитрон 19.

.Коллекторы транзисторов 16, эмиттер транзистора 17 и катод стабилитрона 19 подключены к первому выходному выводу , эмиттеры транзисторов 16 подключены ко второму

jlH

с и

выходному выводу jt л IJ.L гр ч торов 16 - к нпду ст .зГ илитрочр коллектору транзистора 17. (-озл тран- , зисгора 17 через предусипитель 18 подключена ко входу 13.

Выходные блоки 10, 11, 12 подключены между собой последовательно. Количество блоков N практически не Q превышает -х. Напряжения блоков выбираются из соотношения 1:2: :8.

Блок 2 обнаружения вторичного пробоя (ВП) содержит три схемы 20, 21,

22обнаружения ВП и имеет три информационных входа 23, 2А, 25 и выход 26. Первая из схем 20 (индикатор спада напряжения) содер чт пороговый усилитель 27 и емкостный датчик 28, включенный между пороговым усилителем и первым информационным входом

23блока 2 обнаружения ВП. Вторая схема 21 (индикатор ВЧ - Колебаний) содержит одновибратор и детектор высокочастотных колебаний, включенный

5 между входом одновибраторэ и вторым информационным входом 2k. Третья схема 22 обнаружения ВП (индикатор

пргобразова5

0

хвоста тока) содержит

тель время-напряжения и компараQ

5

0

5

0

5

торы, включенные между входом ппеоб- разователя время-напряжения и информационным входом 25 блока 2 обнаружения ВП, Выходы предусилителя 27, одновибратора и преобразователя время-напряжения подключены к выходу 26 блока 2 обнаружения ВП.

Блок 3 индикации ВП содержит ключ, световой индикатор и источник напряжения питания и имеет вход 28 и выход 29. Вход ключа соединен со входом 28, а источник напряжения питания - с выходом 29 блока 3 индикации ВП.

Блок 6 регулирования напряжения ограничения содержит N ключей 30, 31, 32 и N элементов И 33, ЗА, 35 и имеет два входа Зб, 37 и N выходов 38, 39, Ю,

Пеовые входы элементов И 30, 31 32 соединены между собой и подключены к первому входу 36 блока 6, а вторые входы элементов И через соответствующие ключи 30, 31, 32 подключены ко второму входу 37 блока 6 регулирования напряжения ограничения, N выходов которого 38, 39, 0 соединены с выходами элементов И 33, 3, 35 соответственно.

Первый информационный вход 23 блока 1 обнаружения ВП предназначен для подключения к коллекторному выводу, второй вход 2 - к базовому выводу силового транзистора 8, а третий вход 25 подключен к датчику тока в цепи источника коллекторного тока 9. Диод 1 включен в проводящем напряжении между силовым транзистором 8 и источником коллекторного тока 9. Источник напряжения смещения 5 включен между эмиттером силового транзистора 8 и вторым выходным выходом N-ro блока 12 токовой защиты. Первый выходной вывод 1 блока 10 токовой защиты подключен к аноду диода k и к источнику тока 9.

Выход 2 6 блока 2 обнаружения ВП подключен ко входу 28 блока 3 индикации ВП и к первому входу 36 блока 6 регулирования напряжением oi- раничения. Второй вход 37 блока 6 подключен к выходу 29 блока 3 индикации ВП, а N выходов блока 6 регулирования напряжения ограничения поключены к соответствующим N входам блока 1.токовой защиты.

Блоки устройства выполнены на серийных элементах полупроводниковой электроники и достаточно полно представлены в работе Шерстюк В.А, и др. Методика и аппаратура для-установления границ устойчивой работы мощных транзисторов в ключевых режимах - Э.Т., сер, .: Полупроводниковые приборы, 1986, N 5, с. 31 35, а также в описании устройства - прототипа,

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии (фиг,2) на интервале t0 - t испытуемый тразистор (ИТ) включен положительным импульсом 41 тока базы ig1 и в коллекторной цепи от источника 9 протекает коллекторный ток 2 заданной величины Iц I.

С момента t подачи обратного импульса 1 тока базы i% начинается процесс запирания ИТ, Его выходное сопротивление увеличивается,р чт сопровождается ростом коллекторного напряжения Uk9 3. При достижении н пряжения заданной величины ограничения Уф, момент t2, близкой к суммарной величине напряжения пробо cfa6nnnTpoHOB 19 в блоках токовой защиты 10, 11, 12, транзисторы 16

открываются, При этом ток, протекающий через транзисторы 16 и источник 5, препятствует дальнейшему росту

коллекторного напряжения 3. Одновременно начинается процесс спада тока коллектора 2 в условиях практического постоянства напряжения ИЗ коллектор-эмиттер ИТ, Уровень напряжения фиксации V, регулируется плавно с помощью источника напряжения 5 и дискретно с помощью ключей 30-32, При их размыкании транзисторы 17 выключаются и не шунтируют

5 стабилитроны 19 Поэтому выбором величины напряжения пробоя стабилитронов 19 и переключением ключей 30/32 можно дискретно изменять величину Vcp в широких пределах.

0 Спустя некоторое время t$ - t$ задержки, определяемое внутренними свойствами ИТ и выбранным режимом работы, реализуется критический ре- жим,сопровождаемый локализацией то5 кэ, локальным разогревом структуры и, затем, - вторичным пробоем транзистора. При плавном изменении тока коллектора k2 вторичный пробой (ВП) ИТ происходит на конечной стадии

0 этапа спада тока (момент t3). При ВП коллекторное напряжение резко уменьшается До некоторого остаточного напряжения. Так как источник фиксирующего напряжения в устройстве

5 отсутствует, то всплеска тока через ИТ в состоянии ВП не происходит, что способствует уменьшению вероятности деградации транзисторов при испытаниях.

0 В момент резкого спада коллекторного напряжения (или с некоторым опережением) с выхода блока 2 обнаружения ВП через элементы И и предусилитель 18 в базу транзис5 тора 17 подается отпирающий сигнал и в базы транзисторов 1Ь поступает дополнительный насыщающий ток. Проводимость транзисторов 16 резко возрастает и они шунтируют ИТ, отводя, от него поток греющей мощности, момент t4. Так как транзисторы 16 до поступления насыщающего сигнала уже находились в приоткрытом состоянии (в активном режиме работы), то время полного включения транзисторов защиты минимальное.

Достигаемое при этом ограничение выброса тока и сокращение времени пребывания ИТ в состоянии ВП позво0

5

У

ляет уменьшить вероятность деградации характеристик ИТ при контроле, способствует увеличению выхода годных приборов при испытаниях.

Последовательное соединение блоков 10-12 на быстродействующих транзисторах решает одновременно две задачи: - уменьшает время действия и величину потока греющей ИТ мощности, а также расширяет диапазон регулирования (контроля) напряжения коллектор-эмиттер ИТ. Этому же способствует и включение источника 5, с помощью которого обеспечивается плавное регулирование напряжения фиксации в широких пределах и устраняется вредное влияние затягивания спада напряжения коллектор-эмиттер (на конечном участке) выходных транзисторов защиты 16 на время ее срабатывания, .

Технические преимущества предлагаемого устройства защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя по сравнению с прототипом заключаются в том, что. оно обеспечивает более высокую надежность защиты испытуемого транзистора в более широком диапазоне регулирования контролируемого напряжения на его коллекторе,

Надежность, защиты повышается за счет увеличения ее быстродействия. Это обеспечивается вследствие того, что транзисторы выходного блока токовой защиты низковольтные и работают в активном режиме.

Последовательное соединение блоков защиты на параллельно соединенных низковольтных транзисторах, база - коллекторные переходы которых шунтированы стабилитронами, и источника напряжения смещения совместно с блоком регулирования напряжения ограничения способствуют расширению диапазона контролируемого напряжения вторичного пробоя испытуемых транзисторов, позволяет осуществлять контроль новых высоковольтных силовых транзисторов с напряжением пробоя, превышающим предельно допустимые знамения напряжения ис- подьзуемых в блоке токовой защиты транзисторов.

Таким образом, поставленная цель изобретения - расширение области ис- пользования устройства защиты, - достигнута.

58609Ю

Повышение надежности защиты при контроле параметров ВП силовых транзисторов дополнительно позволяет , увеличить процент выхода годных приборов,

Формула изобретения

10 Устройство для защиты силовых

транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя, содержащее блок токовой защиты, выполненный на параллельно соединенных транзисторах,

15 предусилителе и стабилитроне, блок обнаружения вторичного пробоя, блок индикации вторичного пробоя с источником напряжения питания на выходе и диод, причем первый информацион20 ный вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подключения к коллекторному выводу, второй вход - к базовому выводу силового транзистора, а третий вход подключен

25 к датчику тока, предназначенному для включения в коллекторную цепь силового транзистора, коллекторы и эмиттеры транзисторов блока токовой защиты подключены к выходам блока

30 токовой защиты соответственно, базы транзисторов подключены к аноду стабилитрона, катод стабилитрона блока токовой защиты подключен к первому выходному выводу блока токовой за,5 щиты, к аноду диода и к источнику тока, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования, оно снабжено источником напряжения смещения, блоком регули40 рования напряжения ограничения, включающим N ключей и N элементов И и N-1 блоков токовой защиты, причем каждый из блоков токовой зэщи.ты снабжен дополнительным транзистором,

45 эмиттер которого подключен к первому выходному выводу блока токовой защиты, коллектор - к базам транзисторов блока токовой защиты, а база дополнительного транзистора через пред50 усилитель подключена к входу блока токовой защиты, причем все N блоков токовой защиты соединены между собой последовательно, катод диода предназначен для подключения к коллектор- 5 ному выводу силового транзистора, а второй выходном выход N-ro блока токовой защиты через источник смещения предназначен для подключения к эмиттерному выводу силового транзис111758609 - 12

тора, первые входы элементов И бло- выходу блока индикации, вход которо- ка регулирования напряжения ограниче- го подключен к выходу блока обнару- ния соединены между собой и подклю- жения вторичного пробоя, а выходы чены к выходу блока обнаружения вторичного пробоя, вторые входы через соответствующие ключи подключены к

элементов И подключены к входам соответствующих блоков токовой защиты.

выходу блока индикации, вход которо- го подключен к выходу блока обнару- жения вторичного пробоя, а выходы

элементов И подключены к входам соответствующих блоков токовой защиты.

Сущность изобретения: устройство содержит блок токовой защиты 1, блок обнаружения вторичного пробоя 2, блок индикации вторичного пробоя 3, диод 4, источник напряжения смещения 5, блок регулирования напряжения ограничения 6,блок управления 7 испытуемым транзистором, источник коллекторного тока 9 испытуемого транзистора. 7-8-2-3-6-1, 2 ил.