Устройство для защиты силовых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя

(1)5 С О 1 ЕТЕНИЯ ОПИСАН чной де всравн того ниее вт испь рарично предо цессая зах з ты в котором на эмиттер-колл зистора огра цепи из исто рованного ст ром и резист диод к колле эистора,вомнтисаточерез натком этог ся то, что устроиства но не обес а иты явля вает то ечи- трэн овую защитув процесседотврашаетусловленными испытуемого торичного и еобратимыйвторичным и эисторинепцесс,оя ро оем. ГОСУДАРСТВЕННЪЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГННТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ленинградский институт томеханики и оптики и Ленинградсинститут машиностроения(56) Заявка Японии Г 61-39628кл, С 01 К 31/26, 19 Р 6.Европейская заявка Г 021833кл, Г .01 К 31/26, 1987.Авторское свилетельство СССГ 1676085, кл, Н 03 К 17/60,г, О 1 к 31/26, 2804,89. Изобретение, относится к электрон"ной технике и может быть использовано при контроле и измерении паметров силовых транзисторов, в частности при испытаниях на устойчивость к вторичному пробою,Известно устройство для защитытранзисторов при испытании, В этомустройстве токовая защита выполненана управляемом ключе, подключенномпараллельно коллектор-эмиттерномупереходу испытуемого транзистора,Обратные перенапряжения на коллекторном переходе испытуемого транзистораограничиваются диодами, подключеннымипараллельно индуктивности в коллек"торной цепи испытуемого транзистора.Недостатком такого устройства за"щиты является то, что оно не обеспечивает ограничение наперед заданного напряжения на коллекторном перехо(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗИЧИТЫ СИЛОВЫХТРАНЗИСТОРОВ ПРИ КОНТРОЛЕ ПАРАМЕТРОВВТОРИЧНОГО ПРОБОЛ(57) 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 б,блок управленияиспытуемым транзистором, источникколлекторного тока 9 испытуемого транзистора. 7-8-2-3-6-1, 2 ил. роцессе запирания. Кроме тельно длительное пребыв емого транзистора в режи о пробоя снижает надежно вращения необратимого пр естно также устройство д ранэисторов при испытани ряжение на переход ктор испытуемого т ичивается посредст ника напряжения,шу билитроном, конден ром, подключенной тору испытуемого тПоэтому такая защита при контрОлесилового транзистора на устойчивостьк вторичному пробоЮ при переключенииявляется ненадежной,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту кпредлагаемому является устройстводля защиты силовых транзисторов приконтроле параметров вторичного пробоя. Это устройство для защиты содержит блок токовой защиты, выпол"ненный на параллелЬно соединенныхтранзисторах, предусилителе, и ста"билитроне, блок обнаружения вторич"ного пробоя, блок индикации вторич"ного пробоя с источником напряженияпитания на выходе и диод, причемпервый информационный Вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подключения к коллекторному выводу, второй вход - к базовомувыводу силового транзистора, а третий вход подключен к датчику тока,предназначенному для включенияв 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 токовойзащиты подключен к первому выходномувыводу блока токовой защиты, к анодудиода и истоцнику тока.Недостатком этого устройствапрототипа является невозможностьосуществлять контроль вновь создаваемых перспективных силовых высоковолЬтных транзисторов на напряжения больше допустимого коллектор"ного напряжения транзисторов в блокепараллелЬной токовой защиты.ИсполЬзование вЫсоковольтных транзисторов в блоке параллельной токовой защиты делает ее быстродействиесоизмеримым с быстродействием испытуейого высоКоволЬтного транзистора, цто не обеспечивает высокуюнадежность защиты мощных высоковольтных транзисторов при неразрушающемконтроле их на вторичный пробой, Величина дополнительного тока, протекающего на интервале "рассасывания"ограницительного диода через,испытуемый транзистор, и время нахожденияиспытуемого транзистора в режимевторичного пробоя значительно уменьшаются, но полностЬю не устраняются, При этом Остаются причины вероятного перехода испытуемого силовоготранзистора в режим необратимогопроцесса. Следовательно, такую защиту нельзя признать высоконадежной,Цель изобретения - устранение указанных недостатков и расширение области использования устройства, 10 Поставленная цель достигается тем,цто известное устройство для защитысиловых транзисторов при контроле параметров вторичного пробоя, содержащее блок токовой защиты, выполненный 15 на параллельно соединенных транзисторах, предусилителе и стабилитроне,блок обнаружения вторичного пробоя,блок индикации вторичного пробоя систочником напряжения питания на вы"ходе и диод, прицем первый информационный вход блока обнаружения вторичного пробоя предназначен для подклюцения к коллекторному выводу, вто-.рой вход - к базовому выводу силового транзистора, а третий вход подключен к датчику тока, предназначенному для вклюцения в коллекторную цепь силового транзистора, коллекторы и эмиттеры транзисторов бЛОка то-, ЗО ковой защиты подключены к выходамблока токовой защиты соответственно, базы транзисторов подключены к анодустабилитрона, катод стабилитрона блока токовой защиты подключен к перво"му ВыхОДному ВЫВОДУ блока тОкОВОЙзащиты, к аноду диода и к источникутока, снабжено источником напряжениясмещения, блоком регулирования напряжения ограницеЬия, включающим 114 О,ключей и И элементов И, и Иблоками токовой защиты, причем каждый из блоков токовой защиты снабжен дополнительным транзистором, эмиттер кото"рого подключен к первому Выходному 45 выходу блока токовой защиты, коллектор - к базам транзисторов блока то" ковой защиты, а база дополнительноготранзистора через предусилитель под" ключена к входу блока токовой защиты, 50 причем все Б блоков токовой защиты. соединены между собой последовательно, катод диода предназначен для подключения к коллекторному выводу силового транзистора, а второй выходной выход И-го блока токовой защиты через источник смещения предназначендля подключения к эмиттерному выводу силового транзистора, первые входы элементов И и блока регулирования на 5 17586пряжения ограничения соединены мендусобой и подключены к выходу блока обнаружения вторичного пробоя, вторыевходы - через соответствующие ключиподключены к выходу блока индикации,вход которого подключен к выходублока обнаружения вторично о пробоя,а выходы элементов И подключены ковходам соответствующих блоков токовойзащиты,Рвторы не обнаружили в других технических решениях признаков, сходныхс заявляемыми, обеспечивающих прирешении задачи защиты испытуемоготранзистора от разрушения, возможность осуществлять контроль силовыхтранзисторов на напряжения, превышающие допустимое напрякение коллектор-эмиттер транзисторов блока токовой защиты с одновременным повышением быстродействия срабатывания,которые способствуют расширению области использования устройства. Следовательно, заявляелое решение соответствует критерию ".существенные 1;.отличия",Сущность изобретения поясняетсячертежом, где показано на фиг.1схема устройства для защиты силовых 30транзисторов при контроле параметроввторичного пробоя, на фиг,2 - эпюрытоков и напряжений на основных эле"ментах защиты,Устройство содержит блок 1 токовой защиты блок 2 обнаружения вторичного пробоя, блок 3 индикациивторичного пробоя, диод 4, источник5 напряжения смещения и блок 6 регулирования напрянения ограничения, 40. Кроме устройства защиты на схемеобозначены блок 7 управления испытуемым транзистором 8 и источник 9:,коллекторного тока испытуемоготранзистора, включающий резистивныйдатчик тока,Блок 1 параллельной токовой защиты содеркит 11 идентичных блоков, 10,11, 12, каждый из которых имеет вход13, первый 14 и второй 15 выходныевыводы и содержит параллельно включенные транзисторы 16, транзистор 17дополнительного типа проводимости,предусилитель 18 и стабилитрон 19,. Коллекторы транзисторов 16, эмиттер транзистора 17 и катод стабилитрона 19 подключены к первому выходному выводу 14, эмиттеры транзисторов 16 подключены ко второму 09выходному вьводу 15, а .-ы гр:.нк,исторов 16 - к аноду стагг илитроп 19коллектору транзистора 17. Саз трап.зистора 17 через предусилитель 18подкпюцена ко вхору 13.Выходные блоки 10, 1 1, 12 подключены межру собой последовательно,Количество блоков И практически непревышает 4-х, Напряження блоков вь- бираются из соотношения 1:2:4:8,Блок 2 обнаружения вторичного пробоя (ВП) содержит три схемы 0, 21,22 обнаружения ВП и имеет три информационных входа 23, 24, 25 и выход26, Первая из схем 20 (индикатор спара напряжения) содержит порг говыйусилитель 27 и емкостный датчик 20,включенный между пороговым уснлтелем и первым информационньн входом23 блока 2 обнаружения ВП, Втораясхема 21 ,индикатор ВЧ - колебаний)содернит одновибратор и детектор высокочастотных колебаний, включенныймежду входом одновибратора и вторыминформационным входом 24, Третьясхема 22 обнаружения ВП (индикатор"хвоста" тока) содержит преобразователь "время-напряжения" и компараторы, включенные между входом преобразователя "время-напряжениян и информационным входом 25 блока 2 обнаружения ВП, Выходы предусилителя 27,одновибратора и преобразователя "время-напряжения" подключены к вгкходу26 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 ВПБлок 6 регулирования напряженияограничения содержит И клюцей 3 0, 3 1,32 и И элементов И 33, 34, 35 и имеет два входа 36, 37 и М выходов 38;39, 40,Первые входы элементов И 30, 31, 32 соединены между собой и подклюцены к первому входу 36. блока 6, а вторые входь элементов И через соответствующие ключи 30, 31, 32 подклюцены ко второму вхору 37 блока 6 регулирования напряжения ограничения, И выходов которого 38, 39, .40 соединены с выходами элементов И 33, 34, 35 соответственно.758609 Первый информационный вход 23блока 1 обнаружения ВП предназначен для подключения к коллекторномувыводу, второй вход 24 - к базовомувыводу силового транзистора 8, атретий вход 25 подключен к датчикутока в цепи источника коллекторного.тока 9 Диод 4 включен в проводящемнапряжении между силовым транзистором 8 и источником коллекторноготока 9, Источник напряжения смещения 5 включен между эмиттером силового транзистора 8 и вторым выходнь 1 м выходом И-го блока 12 токовой 1защиты, Первый выходной вывод 14блока 10 токовой защиты, подключенк аноду диода 4 и к источнику то"ка 9,Выход 26 блока 2 обнаружения ВПподключен ко входу 28 блока 3 инди"кации ВП и к первому входу 36 блока 6 регулирования напряжением ограничения, Второй вход 37 блока 6подключен к выходу 29 блока 3 индикации ВП, а Б выходов блока 6 регулирования напряжения ограничения под. -ключены к соответствующим Б входамблока 1.токовой защиты,Блоки устройства выполнены насерийных элементах полупроводниковой электроники и достаточно полнопредставлены в работе Верстюк В.А,и др, "Иетодика и аппаратура для ус-тановления границ устойчивой работымощных транзисторов в ключевых ре"жимах" - Э.Т сер 2; Полупроводниковые приборы, 1986, 1 Г 5, с 3135, а также в описании устройствапрототипа,Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии (фиг,2)на интервале г - г испытуемый транзистор (ИТ) включен положительнымимпульсам 41 тока базыи в коллекторной цепи ат источника 9 протекает коллекторны 6 ток 42 заданнойвеличины Тх = Т.С момента г подачи обратногоимпульса 41 тока базы р начинает"ся процесс запирания ИТ, Его выходное сопротивление увеличивается,"цтосопровождается ростом коллекторногонапряжения Б 43, При достижении напряжения 43 заданной величины ограничения 7, момент с , близкой ксуммарной величине напряжения пробояс 1 абилитронов 19 в блоках токовойзащиты 10, 11, 12, транзисторы 16 открываются, При этом ток, протекающий через транзисторы 16 и источник5, препятствует дальнейшему ростуколлекторного напряжения 43, Одновременно начинается процесс спадатока коллектора 42 в условиях практического постоянства напряжения 43коллектор-эмиттер ИТ, Уровень напряжения фиксации Ч регулируетсяплавно с помощью источника напряжения 5 и дискретно с помощью клюцей30-32, При их размыкании транзисторы 17 выключаются и не шунтируют5 стабилитроны 19 Поэтому выборомвеличины напряжения пробоя стабилитронов 19 и переклюцением ключей3032 можно дискретно изменять велицину Ч в широких пределах,. Спустя некоторое время г- гэзадержки, определяемое внутреннимисвойствами ИТ и выбранным режимомработы, реализуется критический режим,сопровождаемый локализацией тока, локальным разогревом структурыи, затем, - вторичным пробоем транзистора. При плавном изменении токаколлектора 42 вторичный пробой (ВП)ИТ происходит на конечной стадии30 этапа спада тока (момент гз), ПриВП коллекторное напряжение резкоуменьшается до некоторого остаточного напряжения. Так как источникфиксирующего напряжения в устройствеотсутствует, то всплеска тока черезИТ в состоянии ВП не происходит, чтоспособствует уменьшению вероятностидеградации транзисторов при испытаниях,40 В момент резкого спада коллекторного напряжения (или с некоторымопережением) с выхода блока 2 обнаружения ВП через элементы И 33-35и предусилитель 1 с в базу транзис-тора 17 подается отпирающий сигнали в базы транзисторов 1 Ь поступаетдополнительный насыщающий так. Проводимость транзисторов 16 резко возрастает и они шунтируют ИТ, отводя50от него поток греющей мощности, момент г 4, Так как транзисторы 16 допоступления насыщаЮщего сигнала уженаходились в приоткрытом состоянии(в активном режиме работы), то времяполного вклюцения транзисторов защитыминимальное,Достигаемое при этом ограничениевыброса тока и сокращение временипребывания ИТ в состоянии ВП позво"9 1758 бляет уменьшить вероятность деградации характеристик ИТ при контроле,способствует увеличению выхода годных приборов при испытаниях,Последовательное соединение блоков 10-12 на быстродействующих транзисторах решает одновременно двезадачи: - уменьшает время действияи величину потока греющей ИТ мощности, а также расширяет диапазонрегулирования (контроля) напряженияколлектор-змиттер ИТ. Этому же способствует и включение источника 5,с помощью которого обеспечиваетсяплавное регулирование напряженияфиксации в широких пределах и устраняется вредное влияние затягиванияспада напряжения коллектор-змиттер(на конечном участке) выходных 20транзисторов защиты 1 б на время еесрабатывания,Технические преимущества предлагаемого устройства защиты силовыхтранзисторов при контроле параметров вторичного пробоя по сравнениюс прототипом заключаются в том,что,оно обеспечивает более высокуюнадежность защиты. испытуемого транзистора в более широком диапазоне З 0реГулирования контролируемого напряжения на его коллекторе,Надежность. защиты повышается засчет увеличения ее быстродействия.Это обеспечивается вследствие того,что транзисторы выходного блока токовой защиты низковольтные и работают в активном режиме.Последовательное соединение бло"ков защиты на параллельно соединен"ных низковольтных транзисторах, база - коллекторные переходы которых.шунтированы. стабилитронами, и источ"ника напряжения смещения совместнос блоком регулирования напряжения 45ограничения способствуют расширениюдиапазона контролируемого напряжения вторичного пробоя испытуемыхтранзисторов, позволяет осуществлятЬ контроЬ новшх ыкльых 5 Осиловых транзисторов с напряжениемпробоя, Превышающим предельно допустимые значения напряжения испол,ьзуемых в блоке токовой защитытранзисторов,Таким образом, поставленная цельизобретения - расширение области ис-пользования устройства защиты, - достигнута. 09 10Повышение надежности защиты при " контроле параметров ВП силовых транзисторов дополнительно позволяет увеличить процент выхода годных приборов,Формула изобретения 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 информационныд вход блока обнаружения вторич" ного пробоя предназначен для подключения к коллекторному 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 змиттеры транзисторов блока токовой защиты подключены к выходам блока токовом 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 к источнику тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области исполЬзования, оно снабжено источником напряжения смещения, блоком регулирования напряжения ограничения, включающим М ключей и И элементов И и Иблоков токовой. защиты, причем каждый иэ блоков токовой защиты снабжен дополнительным транзистором, змиттер которого подключен к первому выходному выводу блока токовой защиты, коллектор - к базам транзисторов блока токовой защиты, а база дополнительного транзистора через пред- усилитель подключена к входу блока токовой защиты, причем все М блоков токовой защиты соединены между собой последователЬно, катод диода предназначен для подключения к коллектор- ному выводу силового транзистора, а второй выходной выход И-го блока токовод защиты через источник смещения предназначен для подключения к эмиттерному выводу силового транзис12 1758609 Составитель В,рудскийТехред И,Моргентал эктор ИСегляник ктор П. Гереши Чч а,е дпис 1 тилм при ГКНТ СС4/5 о нэооретеш 35, Раушская и ииаб. Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,10 тора, первые входы элементов И блока регулирования напряжения ограничения соединены между собой и подключены к выходу блока обнаружения вторицного пробоя, вторые входы черезсоответствующие ключи подключены к Заказ 2999 Тираж ВШЯПИ Государственного комитета 13035, Москва, Жвыходу блока индикации, вход которого подключен к выходу блока обнаружения вторичного пробоя, а выходы элементов И подключены к входам соответствующих блоков токовой защиты,