Устройство для управления и защиты транзистора

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИК Х ия. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕЧ 1.НИЙ И ОТКРЫТ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики приТомском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) 1,Авторское свидетельство СССРВ 675525, кл. Н 02 Н 7/10, 1978.2.Авторское свидетельство СССРпо заявке Ф 3460588/24-07кл. Н 02 М 1/18, 01.07.82.(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ТРАНЗИСТОРА, содержащее блок управления с трансформаторным выходом, предназначенный дляподключения к управляющему входутранзисторачерез базовый резистор,цепочку из последовательно включенных стабилитрона и резистора, предназначенную для включения между коллектором и эмиттером транзистора,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения надежности, вуказанную цепочку последовательно срезистором и стабилитроном введенысветодиод транзисторного оптрона иемкостной фильтр, диод, а блок управ 4(51) Н 02 Н 7/10 Н 02 М 1/08 ления выполнен по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью между каскадами и снабжен фототранзистором транзисторного оптрона с резистором в цепи коллектора, двумя дополнительными транзисторами и первой дифференцирующей цепочкой, причем диод включен параллельно включенным последовательно резистору, стабилитрону и светодиоду транзисторного оптрона, первая дифференцирующая цепочка включена между коллектором транзистора первого каскада усилителя и базой первого дополнительного транзистора, коллектор которого соединен с коллектором фототранзистора транзисторного оптрона и базой второго дополнительного транзистора, коллектором подключенного к базе транзистора второго каскада усилителя, причем эмиттеры транзисторов объединены и предназначены для подключения к отрицательной шине источника питания.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что в блок управления. введена вторая дифференцируюцая цепочка, один вывод которой подключен к базе транзистора первого каскада усилителя, а другой вывод предназначен для подключения к положительной шине источника пита 1141530Изобретение относится к областипреобразовательной техники и можетбыть использовано в устройствах защиты ключевых регуляторов, преобра,зователей и усилителей, работающихв ключевом режиме.Извесно устройство для защитыпереключаемого транзистора, содержащее переключающий транзистор с нагрузкой в цепи коллектора, резисторы 10и дополнительный транзистор, эмиттеркоторого подключен к общей шине, база - к эмиттеру, а коллектор - кбазе переключающего транзистора, причем между базой дополнительного и. 15коллектором переключающего транзистора включен резистор 1.Недостатком этого устройства является низкая надежность, обусловленная нарушением в работе защиты при 20искажении формы входного сигнала,например, при уменьшении его величины, что приводит к выходу защищаемого, транзистора из области насыщенияв активную область, выделению на 25нем большой мощности и выходу егоиэ строя.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для управления и защиты транзис-З 0тора, содержащее блок управления странсформаторным выходом, предназначенный для подключения к управляющему входу транзистора через базовыйрезистор цепочу иэ последовательно 35включенных стабилитрона и резистора,предназначенную для включения междуколлектором и эмиттером транзистора 7,Недостатком известного устройстваявляется низкая надежность, обусловленная тем, что при работе трансформатора в режиме, насыщения, вызваннойсбоями в работе схемы управления,как при нормальной работе устройства,5так и в аварийной ситуации, например,при коротком замыкании в цепи нагрузки переключающего транзистора,устройство защиты теряет свою работоспособность, так как напряжение 50на выходных обмотках трансформаторауправления понижается до нуля, аформа напряжения на коллекторе переключающего транзистора будет повторять икаженную пологую форму импульса управления, в результате чеготранзистор входит в активную областьна время, достаточное для выделения на нем большой мощности и выходу егоиз строя,Цель изобретения - повышение надежности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для управления и защиты транзистора, содержащее блокуправления с трансформаторным выходом, предназначенный для подключенияк управляющему входу транзистора через базовый резистор, цепочку иэпоследовательно включенных,стабилитрона и резистора, предназначеннуюдля включения между коллектором иэмиттером транзистора, в указаннуюцепочку последовательно с резистором и стабилитроном введены светодиод транзисторного оптрона и емкостной фильтр, диод, а блок управления выполнен по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственнойсвязью между каскадами и снабженфототранзистором транзисторного оптрона с резистором в цепи коллектора, двумя дополнительными резисторами и первой дифференцирующей цепочкой, причем диод включен параллельно включенным последовательно резистору, стабилитрону и светодиодутранзисторного оптрона, первая дифференцирующая цепочка включена междуколлектором транзистора первого каскада усилителя и базой первого допол-,нительного транзистора, коллекторкоторого соединен с коллектором фототранзистора транзисторного оптронаи базой второго дополнительноготранзистора, коллектором подключенного к базе транзистора второго каскада усилителя, причем эмиттерытранзисторов объединены и предназначены для подключения к отрицательнойшине источника питания.Кроме того, в блок управлениявведена вторая дифференцирующая це, почка, один вывод которой подключенк базе транзистора первого каскадаусилителя, а другой вывод предназначен для подключения к положительнойшине источника питания.На чертеже представлена принципиальная схема устройства для управления и защиты транзистора,Устройство для управления и защиты транзистора 1 содержит блок 2управления с трансформаторным выходом, базовый резистор 3, емкостнойфильтр 4, состоящий из в секций кон35 40 50 55 денсаторов, соединенных с помощьюдиодов таким образом, что при заряде,эти секции включены последовательно,а при разряде - параллельно, и цепочки, состоящей из последовательносоединенных светодиодов 5 транзисторного оптрона, стабилитрона 6 ирезйстора 7, зашунтированной обратным диодом 8, причем емкостнойфильтр 4 и цепочка соединены последовательно и включены между коллектором и эмиттером транзистора 1,блок 2 управления, выполненный посхеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью между каскадами, содержит фототранзистор 9транзисторного оптрона с резистором 10 в цепи коллектора, два дополнительных транзистора 11 и 12 и первую дифференцирующую цепочку 13,включенную между коллектором транзистора 14 первого каскада усилителя и баЗой первого дополнительноготранзистора 11, коллектор которогосоединен с коллектором фототранзистора 9 и базой второго дополнительного транзистора 12, коллекторомподключенного к базе транзистора 15второго каскада усилителя, причемэмиттеры транзисторов 9, 11, 12, 14и 15 объединены и подключены к отрицательной шине источника питания.В блок 2 управления включена вторая дифференцирующая цепочка 16,включенная между положительной шиной источника питания усилителя иего входом. Задающий генератор 17выходом подключен к базе транзистора 14,Устройство для защиты и управления транзистора работает следующимобразом,При нормальной работе периодическая последовательность импульсовуправления прямоугольной формы свыхода задающего генератора 17 уси:ливается двухкаскадным усилителеммощности. Период их следования определяется условиями работы переключающего транзистора 1. При появленииуправляющего импульса на выходе бло"ка 2 управления производится включение транзистора 1 путем подачиимпульса тока в цепь его управляющего перехода база-эмиттер в отпирающем направлении,Девствие защиты блокируется первой дифференцирующий цепочкой 13 5 10 15 20 25 30(транзистор 11 включен, а транзистор12 - заперт) на время включения транзистора 1, и, если не возникает его токовой перегрузки,. он переходит в насыщенное состояние. Секции конденсаторов, входящие в состав фильтра 4 и соединенные при их разряде спомощью диодов параллельно, разряжаются по цепи коллектор-эмиттерныйпереход открытого транзистора 1резистор 7 - стабилитрон 6 - светодиод 5 - отрицательные обкладкиконденсаторов фильтра 4, вызываясрабатывание фототранзистора 9транзисторного оптрона за счет световой энергии светодиода 5. Фототранзистор 9 шунтирует база-эмиттерный переход транзистора 12, запираяего и закрепляя твм самым открытоесостояние транзистора 1, созданноепервоначально поданным управляющимимпульсом, В таком открытом состоянии транзистор 1 (при отсутствии еготоковой перегрузки) находится до при-. хода в его база-эмиттерную цепь импульса тока в запирающем направлении.Появление токовой перегрузки открытого транзистора 1, например, при которотком замыкании нагрузки, на любой стадии работы включенного блока 2 управления приводит к переходу его из области насыщения в активную область и к увеличению его коллектор- ного потенциала. Напряжение стабилизации П стабилитрона 6 подбирается таким образом, что при отсутствии перегрузки по току амплитуда импульс.ного напряжения на конденсаторах еикостного фильтра 4 И, не превышает сумму падений напряжения на коллектор-эмиттерном переходе открытого транзистора 1 И к резисторе 7 Пя, светодиоде 5 в прямом направлении Пс пр , диодах в прямом направлении П п и напряжения стабилизации ста" билитрона 6, т.е. выполняется соот-ношение ф к+ й + Напр + Пдпр + ПстПри появлении перегрузки по току напряжение на его коллектор-эмиттерном переходе возрастает и при П ф Пспр Пд пр Пст стабилитрон 6 запирается и протекание тока в цепи светодиода 5 прекра1141530 Тираж 620 е ул,ПРоектная ентг.У щается,фототранзистор 9 запирается,атранзистор 12 отпирается, ОтпираниезащиЩающего транзистора 12, происходящее при токовой перегрузке открытого транзистора 1, приводит к 5запиранию транзистора 15, что влечетза собой исчезновение импульсов управления на вйходе блока 2 управления, и запиранию транзистора 1, прекращая .протекание аварийного тока в 10цепи его коллектора.Кроме того, для обеспечения предварительного заряда секций конденсаторов емкостного фильтра 4 в момент подачи напряжения питания в схему 15 блока 2 управления включена дифференцирующая цепочка 16, время заряда конденсатора которой выбирается большим времени. заряда конденсаторов емкостного Фильтра 4, В цепи перехо да база-эмиттер транзистора 14 первого каскада усилителя мощности протекает зарядный ток конденсатора втоРой дифференцирующей цепочки 16, величина которого выбирается такой, 2 что, воздействие задающего генератора17 на работу блока 2 управления на это время исключается, Транзистор 14 включается, задерживая на время .заряда конденсатора второй дифференци- ЗО рующий цепочки 16 включение транзистора 1.Таким образом, предлагаемое устройство для управления и защиты ШПИ Заказ 510/42 Филиал ШШ фВат транзистора по сравнению с известным имеет более высокую надежность, обусловленную тем, что при работе трансформатора управления в режиме насыщения, вызванной сбоями в функционировании блока 2 управления на интервале отпирающего импульса управления как при нормальной работе устройства, так и в аварийной ситуации, работоспособность устройства не нарушается за счет наличия в схеме предварительно заряженных секций конденсаторов емкостного фильтра 4, выполняющих роль дополнительного источника ЭДС. Кроме того, учитывая то, что на интервале открытого состояния транзистора 1 основные потери мощности происходят на резисторе 7, а секции конденсаторов емкостного фильтра 4 в это время включены параллельно, то при использовании предлагаемого устройства для защиты транзисторов, работающих в высоковольтных цепях, и увеличении количества секций конденсаторов в н раз, снижая, тем самым, в и раз падение напряжения на резисторе 7 (ток, протекающий,по цепи светодиода 5 должен оставаться равным 1, светодиода), повышается его КПД.Таким образом, предлагаемое устройство для управления и защиты транзистора надежно защищает его от перегрузок в импульсных режимах работы.