Устройство защиты силового транзистора

ГСПИСАН И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Саветскнх Социалистических22) Заявлено 26.09,74 (21) 2062884/07с присоединением заявки Ъе23) Приоритет осударственнын комитет авета Министров СССР по делам изобретенийи открытий 1 ДК 621.316.22.1ублпкогапо 15.02.77. Бюллетень М 6 та опубликования описания 17.03.77(71) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО ТРАНЗИСТО Изобретение относится к области полупроводниковой радиоэлектроники и может быть использовано для предотвращения выхода пз строя силовых транзисторов, например, в выходных каскадах мощных усилителей, в пре образователях и стабилизаторах напряжения, а также в автономных бесконтактных схемах защиты источников питания.Известно устройство для защиты силового транзистора от перегрузок, содержащее дат чик тока, выполненный в виде низкоомного резистора, источник порогового напряжения и усилитель разностного сигнала, который управляет проходящим через силовой транзистор током в зависимости от разности порого вого напряжения и напряжения датчика тока 1. Такое устройство защищает транзистор только от перегрузок по току и не учитывает приложенного к его коллектору напряжения, что может привести транзистор к выходу пз 20 строя даже в том случае, когда ток через него нс превосходит допустимой величины.Напболес близким к изобретеншо по технпческой сущности является устройство для защиты силового транзистора, например, в схе ме стабилизированного источника, содержащее датчик тока, включенный в цепь протекания тока силового транзистора, и датчик напряжения, включенный параллельно переходу коллектор-эмиттер силового транзистора п вы ходом соединенный с одним из входов усилителя разностного сигнала, другой вход которого соединен с резисторным делителем поро- ГОВОГО напряжения, подкл 10 ченных мсжд 1 шинами питания силового транзистора, а выход подключен и управляющему входу силового транзистора 21. Однако это устройство имеет низкий коэффициент использования силового транзистора по току плп напряженп 1 о, т, с. если силовой транзистор работает в режиме большого тока, то такое устройство не позволяет уже использовать транзистор прп больших коллекторных напряжениях, п наоборот. Это обстоятельство заставляет применять неоправданно мощные транзисторы в случае одновременного изменения в схеме тока и напрямынпя коллектора в широких пределах п тем самым существенно не допспользовать транзистор по свопм возможностям. Кроме того, известное устройство не обеспечивает автоатического саОвозв 11 ата транзистора в псходнос рабочсс состояние прп снятии персрузкп, та, ка. треоует для восстапов,1 спп 1 сго работы отключения питания.Для повышения коэффициента использования силового транзистора по току п напряже. нпю прп ограничении выделяющей:я на нем мощност в предлагаемом устройстве в качсс Ве датчика напряжения пспэ 1 ьзован датчик с гиперболической передаточной хапактерпстп3кой, выполненный, например, в вде трех последовательно включенных резисторов, параллельно двум из которых, соедине лным со входом усилителя, подключена последовательная цепочка из стабплитрона и резистора.На фиг. 1 дана электрическая схема описываемого устройства; на фиг. 2 - гипербола допустимой мощности и аппроксимирующая ее ломаная линия,Устройство для защиты силового транзистора 1 содержит лпнейныи датчик 2 тока, включенный в цепь протекания тока защищаемого транзистора, резистивный делитель 3, подклоченный к шинам питания и выполняющий роль источника порогового напряжения, нелинейный датчик 4 коллекторного напряжения, вход которого (клеммы 5 и б) подсоединен к эмпттерному и коллекторному электродам транзистора 1, а выход (клемма 7) включен на ипвертирующий вход усилителя 8 разностного сигнала последовательно с датчиком тока так, что клемма 5 является обп.ей для обоих датчиков, нелинейный дподно-резистивный делитель напряжения, состоящий пз трех последовательно соединенных резисторов 9 - 11, параллельно двум из которых 9 и 10, имеющим общую точку в качестве выходной клеммы 7 датчика, включен стабилитрон 12 последовательно с резистором 13, клемму 14, сопротивление нагрузки 15 и контрольную точку 1 б,В процессе работы устройства усилитель 8 постоянно производит сравнение порогового напряжения еп задатчика 3 с суммой двух напряжений, одно из которых Ьь снимаемое с датчика 2, пропорционально протекающему через транзистор 1 току, а другое ги, снимаемое с датчика 4, пропорционально напряжению коллектор-эмиттер этого же транзистора.При отсутствии перегрузки сигнал еп, действующий на неинвертирующий вход усилителя 8, превышает по абсолютной величине сумму СИГНаЛОВ У+Си, ПРИЛОЖЕННУЮ К ИНВЕРТПРУ- ющему входу. В этом случае усилитель находится в состоянии отсечки и его выход не оказывает шунтирующего действия прохождению на базу силового транзистора 1 сигнала с клеммы 14 основной схемы управления, Если же коллекторный ток или напряжение, либо то и другое одновременно возрастают на столько, что пороговое напряжение еп оказывается меньше суммы У,+(7 и, то вознпкшсе разностное напряжение=Еп (С 1+Ьи)выводит усилитель 8 из состояния отсечки, и будучи усиленным, воздействует на базу транзистора 1 так, чтобы уменьшить протекающий через него ток до значения, при котором вновь устанавливается балансЕп= У.+ сиТаким образом, устройство защиты осуществляет ограничение коллекторного (точнее эмиттерного) тока в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер защищаемого транзи 4стора. Если транзистор 1 находится в состоянии насыщения, то в сумме (/1+(7 и) величиНа СЛаГаЕМОГО Би МаЛа И, СЛЕДОВаТЕЛЫЛО, ДО- пускаемый ток через транзистор может быть5 большим и равным току 1 (см. фиг. 2).Е - Уи/Нас Епнас -12 2ГДЕ 1 нас - ДонуСТИМЫй СХЕМой ТОК ЧСРЕЗ ТРап зистор в режиме насыщения;Йг - сопротивление резистивного датчика 2 тока;1 гигнас - ВЫХОДНОЕ НЯПРЯжЕПИЕ ДаТЧИКа 4при насыщении транзистора 1.15Если же сопротивление нагрузки 15 оказывается замкнутым накоротко, то к транзистору 1 прикладывается напряжение пгания 17И В СУММЕ (С 1+Сги) дОЛя СЛаГаЕМОГО .ги, ПрО 20 по 1 ационального коллекторпомуг напр 1 гкенпю,сильно увеличивается, При этом )с;литель 8начинает закрывать транзистор 1 для того,чтобы уменьшить ток, а следовзаельно, и величину слагаемого до такого зпачен;1 при ко 25 тором восстанавливается равновесиеГ.ГГ+1/и=ЕП КОЛЛЕКТОРНЫЙ тОК В ЭТОМ СЛУЧаЕограничивается величиной 18, равнойг еп 1/и/к 3,12 з. - - 30где Унз - ток через транзистор прп короткомзамыкании нагрузки;/и(н.з. - выходное напряжение датчика 4 прикоротком замыкании нагрузки. Таким образом, при увеличении коллекторного напряжения схема защиты уменьшает коллекторный ток. В зависимости от величины напряжения на транзисторе 1 допустимый 10 коллекторпый ток может принимать промежуточные значения от аспас до н.з. Коллекторный ток могкет стать равным и нуло, есл;1 коллекторное напряжение достигнет предельно допустимой величины 19 - Спп. ФОРма завпсимо сти тока через транзистор 1 ст напряженияколлектор-эмиттер определяется передаточной характеристикой датчика 4 напряжения, т. е, функцией 11 и = ( Цз), Чем больше коэффициент передачи коллекторного напряжения на 50 вход усилителя 8, тем быстрее растет вечччина ги и, следовательно, тем резче уменьшается коллекторный ток при уг елпченип напряжения на коллекторе, и наоборот. Передаточная характеристика датчика 4 позволяет 55 произвести аппроксимацию гиперболы допустимой для транзистора мощности двумя отрезками ломаной линии. Наклон первого крутого участка 20 ломаной задается тем, что до точки перегиба 21 - "./и;напряжение с 1 а пере дается на вход усилителя с большим коэффициентом передачи, равнымгде Р 9 - Р 11 - сопротивления соответствующих резисторов.После того, как коллекторное напряжение начнет превосходить величину 011,р, напряжение в точке 16 достигнет напряжения пробоя стабилитрона 12 и резисторы 9 и 10 делителя с этого момента будут зашунтированы низкоомной цепью стабилитрона с последовательным резистором 13, так что коэффициент передачи напряжения У 1, на вход усилителя уменьшится и станет равным величине К 2.1929 + 109+ 19+ %11 1 + )13+ стпосле точки перегиба,где г, - динамическое сопротивление стабилитрона.Поэтому зависимость коллекторного тока от коллекторного напряжения на этом участке станет слабее и пойдет с более слабым наклоном 22.Параметры элементов схемы защиты рассчитывают так, чтобы ломаная линия не выходила за рамки, ограниченные гиперболой и осчми координат.Формула изобретенияУстройство для защиты силового транзистора, например, в схеме стабилизированно 1 о,:сточника, содержащее датчик тока, включенный в цепь протекания тока силового транзистора, и датчик напряжения, включенный параллельно переходу коллектор-эмпттер сило вого транзистора и выходом соединенный с одним из входов усилителя разностного сигнала, другой вход которого соединен с резистор ным делителем порогового напряжения, подключенным между шинами питания силового 10 транзистора, а выход подключен к управляющему входу силового транзистора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения коэффициента использования силового транзистора по току и напряжению прп ограничении выде ляющейся на нем мощности, в качестве датчика напряжения использован датчик с гиперболической передаточной характеристикой, выполненный, например, в виде трех последовательно включенных резисторов, параллельно 20 двум пз которых, соединенным со входом усилителя, подключена последовательная цепочка из стабилитрона и резистора. 25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР323827,кл, Н 02 Ь 7/20, 1969 (аналог).2. Авторское свидетельство СССР336655, Зо кл. С 1 051 1/10, 1970 (прототип).дант еисоченк Лу 8 Тираж 1069ого комитета Совета Министровизобрстсиш и открытий)К. Рамшская иаб., д. 4/5 ПодписиСР Типография, пр. Сапунов каз 370/16ЦНИИП Изд Лъ 2 Государствен ио делам 13035, Москва