Устройство для защиты переключающего транзистора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕГО ТРАНЗИСТОРА С нагрузкой , в цепи коллектора, содержащее датчик тока, предназначенный для включения в силовую цепь переключающего транзистора, пороговый элемент, входом подключенный к выходу датчика тока, первый и второй режнмоэадающие резисторы, предназначенньле для включения в цепибазы переключаккцего транзистора, отличающееся тем, что, с целью уменьшения мощности , рассеиваемой на переключающем транзисторе в режиме перегрузки по току путем уменьшения времени переходных процессов запирания, в него введены тиристор, первый, второй и третий диоды, конденсатор, токоограничивающий резистор, диодная цепочка и делитель напряжения, причем катод первого диода н один вывод токоограничивакхцего резистора предназначены для подключения к входной шине, анод первого диода подключен к одному выводу конденсатора, -аноду второго диода и катоду тнристора, другой вывод конденсатора и катод второго диода подключены к одному выводу . первого режимозадающего резистора и предназначены для подключения к эмиттеру переключающего транзистора и к общей шине, другой вывод токоограничивающего резистора соединен с анодом тиристора, катодом третьего диода н анодом диодной цепочки, катод которой соединен с одним выводом второго режимозгщающего резистора , анод третьего диода предназначен для подключения к базе переклю- , чающего транзистора, выход порогового элемента соединен с одним выводом делителя напряжения, другой вывод которого соединен с катодом тиристора , а средняя точка - с управляющим электродом тиристора.

(1gI (11l

СОЮЗ COBEf CHMX

СОЦ 4АЛИСТИЧЕ(НИХ

РНИЪБЛИК

3(Я) Н 02 М 1 18!

OllHGAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДМ СТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЗФ

К AQTOPGHCR4V СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3663038/24-07 (22) 19.08.83 (46) 15.11 ° 84. Бюл. В 42 (72) M.Ä.Àðîíîâ и Е.Ф.Исаков (53) 621.314.572 (088.8) (56) 1.Патент США в 3714515, кл. Н 02 Н 7/20, .1973.

2.Авторское свидетельство СССР

Ь 886136 кл. Н 02 M 1/l8i 1980. (54) (57) УСТРОЯСТВО ДЛЯ ЗИЦИТЫ ПЕРЕКЛЮЧИОЩЕГО ТРАНЗИСТОРА с нагрузкой в цепи коллектора, содержащее датчик тока, предназначенный для включения в силовую цепь переключающего транзистора, пороговый элемент, входом подключенный к выходу датчика тока, первый и второй режимозадающие резисторы, предназначенные для включения в цепи- базы переключающего транзистора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения мощности, рассеиваемой на переключающем транзисторе в режиме перегрузки по току путем уменьшения времени переходных процессов эапирания, в него введены тиристор, первый, второй и третий диоды, конденсатор, токоограничивающий резистор, диодная цепочка и делитель напряжения, причем катод первого диода и один вывод токоограничивающего резистора предназначены для подключения к входной шине, анод первого диода подключен к одному выводу конденсатора, -аноду второго диода н катоду тиристора, другой вывод конденсатора и катод второго диода подключены к одному выводу . первого режимозадающего резистора и предназначены для подключения к эмиттеру переключающего транзистора и к общей шине, другой вывод токоограничивающего резистора соединен с анодом тиристора, катодом третьего

Ф диода и анодом диодной цепочки, катод которой соединен с одним выводом второго режимозадающего резистора, анод третьего диода предназначен для подключения к базе переклю- . чающего транзистора, выход порогово- Я го элемента соединен с одним выводом делителя напряжения, другой вывод которого соединен с катодом тиристора, а средняя точка — с управляющим электродом тиристора.

1124412

I =I (<- —.g) (2)

k О

10 где „

U„

1о

Тогда (4) Изобретение относится к электро- ю технике и может быть использовано для защиты от перегрузки по току транзисторных ключевых элементов в устройствах автоматики и импульсных вторичных источниках питания.

Известны устройства для защиты переключающего транзистора с нагрузкой в цепи коллектора, содержащие датчик тока, включенный в силовую цепь пороговый элемент, входом подключенный к датчику тока, и резисторы (Q .

При появлении перегрузки по току переключающего транзистора это устройство блокирует поступление открывающего входного сигнала в цепь базаэмиттер транзистора, чем обеспечивается его запирание.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой. 20 ство для защиты переключающего транзистора, содержащее датчик тока, предназначенный для включения в силовую цепь переключающего транзистора, пороговый элемент, входом подключен- 25 ный к выходу датчика тока и два режимозадающих резистора, предназначенных для включения .в цепь базы переключающего транзистора (2) .

При появлении перегрузки по току это устройство блокирует поступление открывающего входного сигнала в цепь база — эмиттер транзистора, чем обеспечивается его запирание.

Как известно, значительная часть мощности, рассеиваемой на коллекторе переключающего транзистора, выделяется во время переходных процессов запирания, причем с ростом частоты переключений эта составляющая рассеиваемой мощности становится все 40 более преобладающей. Она может быть определена по формуле

2 Ц„1„аа р 45 иере» где Р„- часть средней мощности, рассеиваемой на транзисторе, определяемая переходными процессами запи 50 рания, Вт; ((„ - текущее значение напряжения на коллекторе тран. зистора, В;

1» — текущее значение коллекторного тока, А;. < - момент начала переходного процесса запирания, с; - момент окончания переходного процесса запирания, с;

- текущее время, с;

Т вЂ,период повторения переключений, с.

Коллехторный ток транзистора и напряжение на его коллекторе за врФ- б5 мя переходного процесса при работе на активную нагрузку в первом приближении могут быть аппроксимнрованы линейными функциями ч а, — с, с; напряжение питания, В; ток коллектора транзистора непосредственно перед началом запирания, А.

При работе на индуктивную нагрузку

0» - (1-ti) U è не изменяется за время переходного процесса запирания, т.е.

p "-. 0»И

»ере» <. 7 as (5) В обоих случаях мощность, выделяющаяся на коллекторе транзистора за счет переходных процессов запирания, прямо пропорциональна времени переходных процессов ь2

Один из известных способов уменьшения времени переходных процессов запирания переключающего транзистора - подача на время запирания об, ратного смещения на переход эмиттербаза, что может быть обеспечейо .знакопеременным входным сигналом.

Однако при появлении перегрузки . по току в известных устройствах подача обратного смещения на пе)реход эмиттер « база не обеспечивается, что вызывает затягивание переходных процессов запирания и увеличение рассеиваемой на переключающем транзисторе мощности.

Цель изобретения — уменьшение мощности,рассеиваемой на переключающем транзисторе в режиме перегрузки по току путем уменьшения времени переходных процессов запирания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты переключающего транзистора с нагрузкой в цепи коллектора, содержащее датчик тока, предназначенный для включения в силовую цепь переключающего транзистора, пороговый элемент, входом подключенный к выходу датчика тока, первый и второй режимозада ющие резисторы, предназначенные для включения в цепи базы переключающего транзистора, введены тиристор,первый, 1124412 втоРой и третий диоды, конденсатор, токоограничивающий резистор, диодная цепочка и делитель напряжения, причем катод первого диода и один вывод токоограничивающего резистора предназначены для подключения к вход- 5 йой шине, анод первого диода подключен к одному выводу конденсатора,ано. ду второго диода и катоду тиристора, другой вывод конденсатора и катод второго диода подключены к одному вы-10 воду первого режимозадающего резистора и предназначены для подключения к эмиттеру переключающего транзистора и общей шине, другой вывод токоограничивающего резистора соединен с ано. 5 дом тиристора,катодом третьего диода и анбдом диодной цепочки, катод которой соединен с одним выводом второго режимозадающего резистора в цепи базы, анод третьего диода предназначен для подключения к базе переключающего транзистора, выход порогового элемента соединен с одним выводом делителя напряжения, другой вывод которого соединен с катодом тиристора, а средняя точка — с управляющим электродом тиристора.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Схема содержит переключающий тран. зистор 1, нагрузку 2 s цепи коллектора переключающего .транзистора 1, первый 3 и второй 4 режимозадающие резисторы в цепи базы переключающего транзистора 1, диодную цепочку 5, первый диод б, второй диод 7, кон- 35 денсатор 8, третий диод 9, тиристор

10, делитель в цепи управляющего электрода тиристора 10, состоящий из резисторов 11 и 12, токоограничивающий резистор 13, пороговый эле- 40 мент 14 и датчик тока 15.

Коллектор транзистора 1 связан через последовательно соединенные нагрузку 2 и датчик тока 15 с шиной питания, эмиттер с общей шиной, пер- 45 вым выводом резистора 3, катодом диода 7 и первым выводом конденсатора 8, а база — с анодом диода 9, вторым выводом резистора 3 и первым выводом резистора 4, второй вывод которого соединен с катодом диодной цепочки 5, катод диода 9 соединен с анодом диодной цепочки 5, анодом тиристора 10 и первым выводом резистора 13, второй вывод которого подключен к входной шине и катоду диода б, анод которого соединен с анодом диода 7, вторым выводом конденсатора 8, катодом тиристора 10 и первым выводом резистора 12, второй вывод которого соединен с управ- 60 ляющим электродом тиристора 10 и первым выводом резистора 11, второй вывод которого соединен с выходом порогового элемента 14, вход которого подключен к датчику тока 15. 65

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии перегрузки по току переключающего транзистора 1 устройство находится в исходном состоянии: пороговый элемент 14 и тиристор 10 закрыты, конденсатор 8 заряжен через диод б до амплитудного значения входного напряжения отрицательной полярности, переключающий транзистор 1. коммутируется непосредственно знакопеременным входным напряжением по цепи резистора 13, диодная цепочка 5 с резистором 4, диод 9.

При появлении перегрузки по току, что возможно только при включенном состоянии переключающего транзистора 1, т.е. в момент наличия положительного напряжения на входе устройства, падение напряжения на датчике тока 15 становится больше напряжения срабатывания порогового элемента 14 и оно через делитель напряжения на резисторах ll и 12 подает положительный сигнал на управляющий электрод тиристора 10. Тиристор 10 включается и соединяет базовую цепь транзистора 1 через диод 9 с конденсатором 8. Отрицательное смещение на базе транзистора 1 вызывает его ускоренное запирание. Ток источника входного напряжения, протекающий по цепи резистор 13, тиристор 10, конденсатор 8 поддерживает тиристор 10 во вклю енном состоянии. По мере перезаряда конденсатора 8 напряжение на нем повышается, что может привести в конечном итоге к повторному открыванию транзистора 1 и выключению тиристора 10. Однако открывающийся диод 7 предотвращает повышение напряжения на конденсаторе 8 и обеспечивает постоянное протекание тока от источника входного напряжения через тиристор 10.Диодная цепочка 5 предназначена для компенсации падения напряжения на цепи включенный тиристор 10, диод. 7 и обеспечения надежного запертого состояния транзистора 1 после разряда конденсатора 8.

При очередном изменении полярности входного напряжения с положительной на отрицательную тиристор 10 включается обратным напряжением на аноде, Транзистор 1 продолжает поддерживаться в запертом состоянии за счет отрицательного входного сигнала.

После выключения тиристора 10 конденсатор 8 вновь заряжается до амплитудного значения отрицательного входного напряжения через диод б и уже к следующему положительному полупериоду входного напряжения устройство обеспечивает защиту переключающего транзистора 1 от перегрузки по току с ускоренным его за1124412 усТройств обеспечивается формированное запирание транзистора при наличии перегрузки по току яутем подачи обратного смещения на переход эмиттер - база, что ведет к уменьшению мощности, рассеиваемой на переключающем транзисторе при наличии перегрузки по току. пиранием отрицательным смещением на базе. Резистоp 12 является резис» тором утечки тока управляющего электрода тиристора 10.

Таким образом, в предлагаемом устройстве защиты переключающего транзистора в отличие.от известных.Заказ 8295/43 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий.

113035 Москва,. Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал .IIOII . Патент, r.Óäãîðîä, ул.Проектная,4

Составитель О.Мещерякова

Редактор О.Колесникова Техред С Легеза Корректор A.Çèìîêîñîâ