Устройство для управления и защиты транзистора

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАРЩТЫ ТРАНЗИСТОРА, содержащее блок управления с трансформаторным выходом, предназначенный для подключения к управляющему входу транзистора через базовый резистор , цепочку из последовательно включенных стабилитрона и резистора, предназначенную для включения между коллектором и эмиттером транзистора, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности, в указанную цепочку последовательно с резистором и стабилитроном введены светодиод транзисторного оптрона и емкостной.фильтр, диод, а блок управ -- / . ления выполнен подсхеме 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 дифференцирукщая цепочка включена между коллектором транзистора первого каскада усилителя и базой первого дополнительного транзистЪра, 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 ПОП.1, отличающее с. я тем, что в блок сд управления введена вторая дифференсо цирующая цепочка, один вывод которой подключен к базе транзистора первого каскада усилителя, а другоР вывод преднааначен для подключения кположительной шине источника питания .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ния.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕЛ=НИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3670393/24-07 (22) 05.12.83 (46) 23.02.85. Бюл. В 7 (72) В.Л.Кузьмин, В.А.Худяков, А.П.Зернов и И.А.Павлов (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.3 14.572 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 675525, кл. Н 02 Н 7/10, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке I@ 3460588/24-07,, кл. Н 02 M 1/18, 01.07.82. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО дЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ТРАНЗИСТОРА, содержащее блок управления с трансформаторным выходом, предназначенный для подключения к управляющему входу транзистора через 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, в указанную цепочку последовательно с резистором и стабилитроном введены светодиод транзисторного оптрона и емкостной фильтр, диод. а блок управ„„SU„„1141530

4(51) Н 02 Н 7/10 Н 02 M 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 З 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 дифференцирук цая цепочка, один вывод которой подключен к базе транзистора первого каскада усилителя, а другой вывод предназначен для подключения к положительной шине источника пита1141530

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть йспользовано в устройствах защиты ключевых регуляторов, преобра.зователей и усилителей, работающих в ключевом режиме.

Извесно устройство для защиты переключаемого транзистора, содержащее переключающий транзистор с нагрузкой в цепи коллектора, резисторы 10 и дополнительный транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, база — к эмиттеру, а коллектор — к базе переключающего транзистора, причем между базой дополнительного и. 15 коллектором переключающего транзистора включен резистор j1 J.

Недостатком этого устройства является низкая надежность, обусловленная нарушением в работе защиты при 20 искажении формы входного сигнала, например, при уменьшении его величины, что приводит к выходу защищаемого, транзистора из области .насыщения в активную область, выделению на 25 нем большой мощности и выходу его иэ строя.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для управления и защиты транзис-З0 тора, содержащее блок управления с трансАорматорным выходом, предназначенный для подключения к управляющему входу транзистора через базовый резистор, цепочку из последовательно З5 включенных стабилитрона и резистора, предназначенную для включения между коллектором и эмиттером транзистора С2 3.

Недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная тем, что при работе трансформатора в режиме, насыщения, вызванной сбоями в работе схемы управления, как при нормальной работе устройства, 5 так и в аварийной ситуации, например, при коротком замыкании в цепи нагрузки переключающего транзистора, устройство защиты теряет свою работоспособность, так как напряжение 50 на выходных обмотках трансАорматора управления понижается до нуля, а форма напряжения на коллекторе переключающего транзистора будет повторять икаженную пологую форму импульса управления, в результате чего транзистор входит в активную область на время, достаточное для выделения на нем большой мощности и выходу его из строя.

Цель изобретения — повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления и защиты транзистора, содержащее блок управления с трансАорматорным выходом, предназначенный для подключения к управляющему входу транзистора через базовый резистор, цепочку иэ последовательно включенных,стабилитрона и резистора, предназначенную для включения между коллектором и эмиттером транзистора, в указанную цепочку последовательно с резистором и стабилитроном введены светодиод транзисторного оптрона и емкостной Аильтр, диод, а блок управления выполнен по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью между каскадами и снабжен фототранзистором транзисторного оптрона с резистором в цепи коллектора, двумя дополнительными резисторами и первой дифференцирующей цепочкой, причем диод включен параллельно включенным последовательно резистору, стабилитрону и светодиоду транзисторного оптрона, первая диАференцирующая цепочка включена между коллектором транзистора первого каскада усилителя и базой первого допол-, нительного транзистора, коллектор которого соединен с коллектором Аототранзистора 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. !

Кроме того, в блок управления введена вторая дифференцирующая це. почка, один вывод которой подключен к базе транзистора первого каскада усилителя, а другой вывод предназначен для подключения к положительной шине источника питания.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для управления и защиты транзистора, Устройство для управления и защиты транзистора 1 содержит блок 2 управления с трансАорматорным выходом, базовый резистор 3, емкостной фильтр 4, состоящий из и секций кон1141530

40

50

55 денсаторов, соединенных с помощью диодов таким образом, что при заряде, эти секции включены последовательно, а при разряде — параллельно, и цепочки, состоящей из последовательно соединенных светодиодов 5 транзисторного оптрона, стабилитрона 6 и резйстора 7, зашунтированной обратным диодом 8, причем емкостной фильтр 4 и цепочка соединены последовательно и включены между коллектором и эмиттером транзистора 1, блок 2 управления, выполненный по схеме двухкаскадного усилителя с непосредственной связью между каскадами, содержит фототранзистор 9 транзисторного 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 ба1ой первого дополнительного транзистора 11, коллектор которого соединен с коллектором -фототранзистора 9 и базой второго дополнительного транзистора 12, коллектором подключенного к базе транзистора 15 второго каскада усилителя, причем эмиттеры транзисторов 9, 11, 12, 14 и 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 и его входом. Задающий генератор 17 выходом подключен к базе транзистора 14.

Устройство для защиты и управления транзистора работает следующим образом.

При нормальной работе периодическая последовательность импульсов управления прямоугольной формы с выхода задающего генератора 17 уси:ливается двухкаскадным усилителем мощности. Период их следования определяется условиями работы переключающего транзистора 1. При появлении управляющего импульса на выходе блока 2 управления производится включение транзистора 1 путем подачи импульса тока в цепь его управляющего перехода база-эмиттер в отпирающем направлении, Девствие защиты блокируется первой дифференцирующий цепочкой 13

30 (транзистор 11 включен, а транзистор

12 — 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 с помощью диодов параллельно, разряжаются по цепи коллектор-эмиттерный переход открытого транзистора 1 резистор 7 — стабилитрон 6 — светодиод 5 — отрицательные обкладки конденсаторов фильтра 4, вызывая срабатывание фототранзистора 9 транзисторного оптрона за счет световой энергии светодиода 5. Фототранзистор 9 шунтирует база-эмиттерный переход транзистора 12, запирая

его и закрепляя твм самым открытое состояние транзистора 1, созданное первоначально поданным -управляющим импульсом. В таком открытом состоянии транзистор 1 (при отсутствии его токовой 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 коллекторного потенциала. Напряжение стабилизации П стабилитрона 6 подбирается таким образом, что при отсутствии перегрузки по току амплитуда импульсного напряжения на конденсаторах емкостного фильтра 4 U + не превышает сумму падений напряжения на коллектор-эмиттерном переходе открытого транзистора 1 U,, резисторе 7 Пя, светодиоде 5 в прямом направлении

U „р, диодах в прямом направлении и напряжения стабилизации ста" билитрона 6, т.е. выполняется соот- ношение ф к-1+ Пй + Напр + Пдпр + Пст °

При появлении перегрузки по току напряжение на его коллектор-эмиттерном переходе возрастает и при

П ф Псар U4 пР Пст стабилитрон 6 запирается и протекание тока в цепи светодиода 5 прекра1141530

EHHHGH Заказ 5 1 0 /4 2 ТиРаж 6 20 П щпнснре

Филиал ШШ "Патент ° г.Уагород, ул.Проектная, 4 щается,фототранзистор 9 запирается,а транзистор 12 отпирается. Отпирание защищающего транзистора 12, происходящее при токовой перегрузке открытого транзистора 1, приводит к 5 запиранию транзистора 15, что влечет за собой исчезновение импульсов управления на вйходе блока 2 управления, и запиранию транзистора 1, прекращая .протекание аварийного тока в цепи его коллектора.

Кроме того, для обеспечения предварительного заряда секций конденсаторов емкостного фильтра 4 в момент подачи напряжения питания в схему блока 2 управления включена дифференцирукщая цепочка 16, время заряда конденсатора которой выбирается большим времени. заряда конденсаторов емкостного фильтра 4, В цепи перехо- 20 да база-эмиттер транзистора 14 первого каскада усилителя мощности протекает зарядный ток конденсатора второй дифференцирующей цепочки 16, величина которого выбирается такой, что. воздействие задающего генератора

17 на работу блока 2 управления на это время исключается. Транзистор 14 включается, задерживая на время .заряда конденсатора второй дифференци- 30 рующий цепочки 16 включение транзистора 1.

Таким образом, предлагаемое устройство для управления и защиты

t 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, выполнякяцих 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 и раз, снижая, тем самым, в и раз падение напряжения на резисторе 7 (ток, протекающий,по цепи светодиода 5 должен оставаться равным I светодиода), повышается его КПД.

Таким образом, предлагаемое устройство для управления и защиты транзистора надежно защищает его от перегрузок в импульсных режимах работы.