Устройство для защиты активного элемента от перегрузки по току и по мощности

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты полупроводниковых приборов . Целью изобретения является повышение эффективности защиты активных элементов от перегрузки по току и по мощности. При увеличении напряжения на входе 5 датчика 3 напряжения его коэффициент передачи определяется произведением коэффициента передачи делителя из резистора 17 и делителя 12 в цепи базы транзистора 9 и коэффициента передачи резистивного делителя 11 в цепи эмиттера транзистора 9. При этом транзистор 9 работает эмиттерным повторителем и его коэффициент усиления по току мало влияет на коэффициент передачи датчика 3. При дальнейшем увеличении напряжения на входе 5 датчика 3 напряжения на средней точке делителя 12 превысит напряжение открывания базо-эмиттерного перехода транзистора 10, который, войдя в насыщение, подключит резистор 18 параллельно делителю 12 и таким образом уменьшит коэффициент передачи датчика напряжения . Влияние коэффициента усиления по току транзистора 10 на коэффициент передачи датчика 3 исключено, так как вхождение в режим насьщения транзистора 10 происходит в узком диапазоне изменения напряжения на входе 5 датчика 3. 5 ил. (f С о: ;с о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

0696 А1 (51)4 H 02 Н 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3985409/24-07 (22) 10.12.85 (46) 15.08.87. Бюл. К- 30 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро микроэлектроники (72) A.À.Âoðoíöoâ (53) 621.314.925 ° 4(088.8) (56) Патент ФРГ У 1563734, кл, G 05 F 1/56, 1969.

Technical publication 113, 26.10.83, 70-90 whi-fi audio amplifiers with the BDV66 and ВПЧ67, фиг. 1, фиг. 2. — РНП.?РВ, Electronic components and materials.

Авторское свидетельство СССР

М 1065849i кл. G 06 F 1/569, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ АКТИВНОГО

ЭЛЕМЕНТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ПО ТОКУ И ПО

МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты полупроводниковых приборов. Целью изобретения является повышение эффективности защиты активных элементов от перегрузки по току и по мощности. При увеличении напряжения на входе.5 датчика 3 напряжения его коэффициент передачи определяется произведением коэффициента передачи делителя из резистора 17 и делителя 12 в цепи базы транзистора

9 и коэффициента передачи резистивного делителя 11 в цепи эмиттера транзистора 9. При этом транзистор

9 работает эмиттерным повторителем и его коэффициент усиления по току мало влияет на коэффициент передачи датчика 3. При дальнейшем у-величении напряжения на входе 5 датчика 3 напряжения на. средней точке делителя 12 превысит напряжение открывания базо-эмиттерного перехода транзистора 10, который, войдя в насыщение, подключит резистор 18 параллельно делителю 12 и таким образом уменьшит коэффициент передачи датчика напряжения. Влияние коэффициента усиления по току транзистора 10 на коэффициент передачи датчика 3 исключено, так как вхождение в режим насыщения транзистора 10 происходит в узком диапазоне изменения напряжения на входе 5 датчика 3. 5 ил.

1130696 одному токовому выводу активного элемента 1, входом 5 — к его другому токовому выводу, а выходом 6 — к пороговому элементу 7, общая шина кото- 4п рого соединена с другим выводом датчика 2 тока, выход порогового элемента 7 соединен с входом узла 8 управления, выход которого соединен с управляющим электродом активного элемента 1, при этом датчик 3 напряжения содержит два биполярных транзистора 9 и 10, два резистивных делителя 11 и 12 на резисторах 13, 14 и 15, 16, два резистора 17 и 18, эмит-5 тер транзистора 9 соединен через реэистивньп делитель 11 с общей шиной

4 датчика 3 напряжения, относительно которой средняя точка резистивного делителя 11 является выходом 6 датчика 3 напряжения, база транзистора

9 соединена через резистивный делитель 12 с общей шиной 4 датчика 3 напрякения, через резистор 17 — с

Изобретение относит! я к электротехнике и может быть использовано для 3 cIIIEит ы по J llpollодн ик овьГх пр ибо ров, обладающих ус и3!нте ль ными с войствами, в частности используемых в

MoIIjHbIx к ас к адах ус !!лите лей н иэ кой частоты, преобразователях и стаб!в!изаторах напряжения, регулируемых источниках питания.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты активных элементов от перегрузки по току и по мощности.

На фиг 1 приведен график зависимости напряжения на выходе датчика напряжения от напряжения на силовых электродах активного элемента; на фиг. 2 — схема предложенного устройства для защиты; на фиг. 3 — схема устройства для зашиты бит!олярного трайзистора, как пример осуществления изобретения; на фиг. 4 — схема устройства для защиты полевого транзистора, как другой пример осуществле— ния изобретения; на фиг, 5 — схема устройства для защиты электровакуумного прибора, как третий пример изобретения, Устройство (фиг. 2) содержит защищае!!!ьй активньп! элемент 1, датчик

2 тока, включенный последовательно в цепь тока активного элемента 1, датчик 3 Ill!lip>l кения, подключенный своей общей шиной 4 к точке соединения одного вывода датчика 2 тока к

?0

?r>

KoJvIpKTopoM транзисTop;I 9, чс р з pe3HcToр 18 — с коллектором транзистора 10, который эмиттером подключен к обшей шине 4 датчика 3 напряжения, а базой — к средней точке делителя

12, точка соединения резистора 17 с коллектором транзистора 8 является входом датчика 3 напряжения.

Если защищаемым активным элементом является полевой транзистор (фиг.4), то выход 6 датчика 3 напряжения через резистор 19 соединен с эмиттером транзистора 20, коллектор которого через резистор 21 соединен с минусовой шиной источника смещения и с базой транзистора 7, выполняющего функции !!орогового элемента и узла управл ния током полевого транзистора, база транзистора 20 соединена с базой и коллектором транзистора 22 и через резистор 23 с минусовой шиной источника смещения, эмиттер транзистора соединен с минусовой шиной источника смещения, коллектор транзистора 7 — с затвором полевого транзистора и через резистор 24 — с плюсоной шиной источника смещения.

Ес.!и защищаемым активным элементом является электровакуумный прибор (ЭВП), то резистор 2, выполняющий функцию датчика тока, соединенный одн!м выводом с катодом электровакуумного прибора (ЭВП) 1, а другим выводом — с плюсовой шиной источника смешения, датчик 3 напряжения, выполненный по фиг, 2, вход 5 которого соединен с анодом 38!! l, общая шина

4 датчика напряжения — с точкой соединения катода с резистором 2, выход

6 датчика напряжения 3 через резистор 19 соединен с эмиттером транзистора 20, коллектор которого через резистор 21 соединен с минусовой шиной источника смещения и с базой транзистора 7, выполняющего функции порогового элемента и узла управления током ЭВ!1 1, база транзистора 20 соединена с базой и коллектором транзистора 22 и через резистор 23 — с минусовой шиной источника смещения, эмиттер транзистора 22 соединен с плюсовой шиной источника смещения, коллектор транзистора 7 соединен с управляющей сеткой ЭВП 1 и через резистор 24 — с плюсовой шиной источни. ка смещения.

Для эффективной защиты активного элемента от перегрузки по току и по

133О696 л(11лн

1 к

1+ 7

RsRs

+ (pi ) р о (4) лU„„

Р= IU (3)

4н

Rg (+ 1) и .р — U*,., К (6) получим мощносз и ((лпряжсние нл выходе ((атчика нлнряжения вырабатывается в соответствии с условиями:

КР при о пор (1) KP КР

U — — при — с U (2) fI C P Ц пор где U — напряжение на выходе датлн чика напряжения;

К вЂ” коэффициент преобразования тока активного элемента в напряжение датчика тока (если датчиком тока является резистор, то К численно равен величине сопротивления этого резистора), P — максимально допустимая мощность активного элемента;

U — напряжение на токовых

20 электродах активного элемента (эмиттер — коллектор, исток — сток, катод — анод), U„, — напряжение порогового элемента, соответствующее максимально допустимой мощности активного элемента при максимальном токе.

На фиг. 1 показан график напряже30 ния на выходе датчика напряжения в соответствии с условиями (1) и (2) (плавная кривая) и ее аппроксимация с помощью отрезков трех прямых. Первый отрезок прямой от точки U = О до точки U = U, аппроксимируются в 35 известном устройстве напряжением стабилитрона плюс напряжение открывания перехода база-эмиттер дополните.(ьного транзистора. Отрезок второй ап40 проксимирующей прямой (участок от

U = U, до U = U ) определяется соотношением где dU, 3U — изменение напряжения на выход датчика напряжения и соответствующее ему изменение напряжения на силовых электродах защищаемого активного элемента;

R К вЂ” величина сопротивле- 55

Ь ния первого и второго резистора (на чертеже прототипа они обозначены поз(в(иями 7 и

8 (, коэффициент усиления по току дополнительного транзистора.

Зависимость Пл„от U на отрезке третьей аппроксимирующеи прямой определяется соотношением где R — третий резистор (на чертеже

9 прототипа он обозначен позицисй 9).

Как видно из соотношений (3) и (4), ход зависимости Uä„ îò U на втором и третьем участке в значительной мере зависит от коэффициента усиления по току дополнительного транзистора. (.ущественным при кунаком предложенного устройства является выполнение датчика напряжения, вырабатывающего с большей точностью напряжение, удовлетворяющее условиям (1) и (2).

На фиг. 1 приведен график зависимости напряжения на выходе датчикл напряжения, удовлетворяюцей условиям (1) и (2), т.е. условиям ограничения максимального тока максимальной мощности при изменении напряжения на токовых электродах активного элемента.

Известно, что мощность Р, рассеиваемая активным элементом, определяется уравнением где I — ток активного элемента, U — напряжение на токовых электродах активного элемента.

В случае, когда ток активного элемента ограничен с помощью порогового элемента, то его величина определяется уравнением

В простейшем случае датчиком тока является активное сопротивление (Кл„), тогда К = Rä„.

Подставляя выражение (6) в (5), 5 1330696 6

I(P

*Н ПО, U (7) что соответствует условию (2).

Зависимость (7) может быть получена с высокой точностью при большем числе аппроксимирующих отрезков прямых. Однако для большинства случаев достаточно иметь аппроксимацию этой зависимости с помощью отрезков трех прямых (фиг. 1).

Устройство для защиты (фиг, 2) работает следующим образом.

При малом напряжении на активном элементе напряжение на ре з ис тивном делителе 12, определяемое делителем (резистор 17, резистор 15 плюс резистор 16 резистивного делителя 12), недостаточно для открывания базоэмиттерного перехода транзистора 9.

При этом открывание порогового элемента 7 возможно лишь падением напряжения на датчике 2 тока, в результате чего схема защиты выполняет

1О

25

35 роль ограничителя тока активного элемента 1. Таким образом, порог открывания транзистора 9, определяющий переход схемы на отрезок второй аппроксимирующей прямой (фиг. 1), определяется напряжением открывания базо-эмиттерного перехода транзистора 9 и выбором величин сопротивлений резистора 17 l1 резистивного делителя 12. При увеличении напряжения на входе 5 датчика 3 напряжения его коэффициент передачи определяется произведением коэффициента передачи указанного делителя в цепи базы транзистора 9 и коэффициента передачи резистивного делителя 11 в цепи эмиттера транзистора 9. Выбором ве40 личин сопротивлений резисторов 13 и

14 делителя 11 задается наклон второй аппроксимирующей прямой (фиг.1).

При этом транзистор 9 работает эмиттерным повторителем и его коэффициент усипения по току мапо влияет на коэффициент передачи датчика напряжения. При дальнейшем увеличении напряжения на входе 5 датчика 3 напряжения напряжение на средней точке резистивного делителя 12 (на его резисторе 16) превьппает напряжение открывания базо-эмиттерного перехода транзистора 10, который, входя в насыщение, подключает резистор 18 параллельно резистивному делителю 12 и, таким образом, уменьшает коэффициент передачи данных напряжения, что соответствует наклону третьей аппроксимирующей прямой. Таким образом, переход на третью аппроксимирующую прямую определяется напряжением открывания базо-эмиттерного перехода транзистора 10 и задается выбором величин сопротивлений резисторов 15 и 16 резистивного делителя 12, а наклон третьей аппроксимирующей прямой задается выбором величины сопротивления резистора 18. Влияние коэффициента усиления по току транзистора

10 на коэффициент передачи датчика

3 напряжения исключено, так как вхождение в режим насьпцения транзистора

10 происходит в узком диапазоне изменения напряжения на входе 5 датчика 3 напряжения.

Устройство для защиты биполярного транзистора от перегрузки по току и по мощности (фиг, 3) работает следующим образом, При малых значениях напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора напряжение на выходе датчика напряжения равно нулю и проходящий через транзистор 1 ток ограничен по максимальному значению величиной падения напряжения на резисторе 2, достаточной цпя открывания базо-эмиттерного перехода транзистора 7, При дальнейшем увеличении напряжения на уча стке коллектор-эмиттер транзистора 1 на выходе б датчика напряжения появляется напряжение

t сформированное в соответствии с описанными условиями. Это напряжение, суммируясь с напряжением на резисторе 2 датчика тока, приводит к снижению величины тока транзистора 1,, поддерживая неизменной мощность, выделяемую на транзисторе.

Ус.тройство для защиты полевого транзистора с нормально открытым каналом (фиг, 4) работает следующим образом.

При малых значениях напряжения на участке сток-исток транзистора 1 напряжение на выходе датчика напряжения равно нулю и проходящий через транзистор 1 ток создает на эмиттере транзистора 20 относительно плюсовой шины источника смещения положительное напряжение, которое открывает транзистор 20. При равенстве сопротивлений резисторов 21 и 19 на них создается равное напряжение, однако напряжение на резисторе 21 смещено

13306 по постоянному уровню на величину напряжения источника смещения. Резистор 23 и транзистор 22 обеспечивает начальное смещение базо-эмиттерного перехода транзистора 20. При дост:1Toчной величине напряжения на резисторе 21 транзистор 7 открывается и подает на затвор транзистора 1 запирающее отрицательное напряжение.

Резистор 24 является нагрузкой тран- 10 зистора 7 и обеспечивает открывание транзистора 1 и при запирании транзистора 7.

Принцип работы устройства для защиты злектровакуумного прибора 15 (фиг. 5) аналогичен работе устройства для защиты полевого транзистора.

Формула и з обретения

Устройство для защиты активного элемента от перегрузки по току и по мощности, снабженного узлом управления, содержащее датчик тока, предназначенный для включения последовательно в цепь тока активного элемента, датчик напряжения, предназначенный для подключения первым входным выводом к точке соединения одного вывода датчика тока с одним токовым выводом активного элемента, вторым входным выводом — к другому токовому выводу активного элемента, а вьгсодом

96 8 подключенного к первому входу порбгового элемента, второй вход которого соединен с другим выводом датчика тока, а выход порогового элемента предназначен для соединения с входом узла управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения эффективности защиты активного элемента от перегрузки по току и по мощности, датчик напряжения выполнен на двух биполярных транзисторах, двух резистивных делителях и двух резисторах, при этом эмиттер первого транзистора соединен через первый резистивный делитель с первым входным выводом датчика напряжения, относительно которого средняя точка первого резистивного делителя является выходом датчика напряжения, база первого транзистора соединена через второй резистивный делитель с первым входным выводом датчика напряжения, через первый резистор — с коллектором первого транзистора, через второй резистор — с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с первым входным выводом датчика напряжения, а база — со средней точкой второго делителя, точка соединения первого резистора с коллектором первого транзистора соединена с вторым входным выводом датчика напряжения.

13 3()696

+бгм

Есм диг4

1330696

+Ест

Составитель О.Мещерякова

Техред И.Попович Корректор Г. Решетн ик

Редактор M.Êåëåìåø

Заказ 3588/54

Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4