Устройство для защиты силового транзистора
Изобретение относится к электротехни- 'ке и может быть использовано для предотв-' ращения выхода из строя мощных транзисторов в силовых каскадах. Цель изобретения - повышение эффективного использования области безопасной работы силового транзистора. Устройство содержит датчик тока 1. включенный в цепь протекания тока защищаемого мощного' транзистора 2, и датчик 3 напряжения, включенный параллельно переходу коллектор-эмиттер мощноготранзистора 2, аналоговый перемножитель сигналов 4 и усилитель 5 разностного сигнала. Использование в датчике 3 напряжения транзистора 8 и операционного усилителя 10, а в датчике 1 тока дифферен'циального суммирук)щего усилителя 13 на основе операционного усилителя обеспечивает максимальное приближение области работы транзистора 2 к области его безопасной работы. 2 ил.Фиг.. 1(Лс119•VI о ю ю00о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з G 05 F 1/569
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Фиг. f (21) 4761944/07
/ (22) 27.11.89, (46) 30.01.92, Бюл. № 4 (71) Научно-производственное объединение
"АНИ" 1 (72) А.С.Агаджанян и В.Г.Арутюнян (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 964607, kn. G 05 F 1/569, 1982, Авторское свидетельство СССР
N- 546870, кл. G 05 F 1/569, 1977 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО ТРАНЗИСТОРА (57) Изобретение относится к электротехни ке и может быть использовано для предотв- ращения выхода из строя мощных транзисторов в силовых каскадах. Цель изо1
„„ЯХ„„1709286 А1 бретения — повышение эффективного использования области безопасной работы силового транзистора.. Устройство содержит датчик тока 1, включенный в цепь протекания тока защищаемого мощного" транзистора 2, и датчик 3 напряжения. включенный параллельно переходу коллек; тор-эмиттер мощного транзистора 2, аналоговый перемножитель сигналов 4 и усилитель 5 разностного сигнала. Использование в датчике 3 напряжения транзистор
8 и операционного усилителя 10, а в датчике
1 тока дифференциального суммирующего усилителя 13 на основе операционного усилителя обеспечивает максимальное приближение области работы транзистора 2 к области его безопасной работы. 2 ил.
1709286
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для предотв ращения выхода из строя мощных транзисторов в силовых каскадах;
Цель изобретения — повышение эффективности использования области безопасной работы силового транзистора..
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты силового транзистора; на фиг. 2— представлены теоретическая и- экспериментальная II эпюры графика области безопасной работы силового транзистора;
Устройство для защиты содержит датчик 1 тока, включенный в цепь протекания тока, защищаемого силового транзистора 2 и датчик 3 напряжения, включенный параллельно переходу коллектор-.эмиттер .транзистора 2, аналоговый перемножитель 4 сигналов, выход которого соединен с первым входом компаратора 5, второй вход которого соединен с первым источником компаратора 5 опорного напряжения, а выход его соединен с базой защищаемого транзистора 2„первый вход аналогового перемножителя 4 сигналов соединен с выходом 6 датчика 3, а второй. вход — с выходом
7 датчика 1, датчик 3 напряжения состоит из транзистора 8, эмиттер которого через резистор 9 соединен с коллектором защищаемого транзистора 2, а база — с эмиттером транзистора 2, коллектор транзистора 8 соединен с инвертирующим входом суммирующего усилителя 1 О, с резистором 11 обратной связи, включенным между выходом и инвертирующим входом усилителя 10, который также через резистор 12 подключен к второму источнику опорного напряжения, неинвертирующий вход суммирующего усилителя 10 подключен к общей шине. Датчик 1 тока состоит из дифференциального суммирующего усилителя 13 с резистором
14 обратной связи, включенным между выходом и инвертирующим входом. усилителя
13, который также через резистор 15 подключен к одному выводу резистивного датчика 16 тока, а через другой резистор 17 — к третьему источнику опорного напряжения, неинвертирующий вход усилителя 13 через резистор 18 соединен с другим выводом резистивного датчика 16 тока, а через другой резистор 19 — с общей шиной. Вывод 20 предназначен для подачи управляющего напряжения на базу транзистора 2 от основного узла управления, например, от стабилизатора напряжения.
В процессе работы устройства.компаратор 5 постоянно производит сравнение опорного напряжения первого источника с произведением напряжений, поступающих от датчиков 1 и 3 тока и напряжения, которое осуществляется аналоговым перемножителем 4 сигналов, Напряжение на выходе датчика 1 тока пропорционально протекающему току, а напряжение на выходе датчика
3 напряжения пропорционально падению напряжения на переходе коллектор — эмиттер защищаемого транзистора 2, При отсутствии перегрузки выходное напряжение аналогового перемножителя 4 находится в таком соотношении с опорным напряжением первого источника, при котором выход компаратора 5 не влияет на сигнал, поступающий на базу защищаемого
15 транзистора 2 вывод0 20 основного узла управления, "Если падение напряжения на транзисторе 2 или протекающий через него ток, либо то и другое одновременно изменяются
20 настолько, что нарушается указанное соотношение, выход компаратора 5 переходит в такое состояние, при котором, воздействуя на базу защищаемого транзистора 2, уменьшается протекающий через него ток до значения, при котором устанавливается указанное соотношение.
Таким образом, устройство защиты силового транзистора ограничивает ток, протекающий через мощйый транзистор,. в
30 зависимости от падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер. Ограничение протекающего. через мощный транзистор тока осуществляется в соответствии с графиком области безопасной работы, следо35 вательно, по гиперболической функции.
У мощных транзисторов область без-. опасной работы описывается гиперболической функцией, которая характеризуется следующим соотношением:
40 а
Uк.э. + Ь где а — коэффициент, характеризующий крутизну;
Ь вЂ” смещение по оси Х;
45 с — смещение по оси Y.
В данном устройстве выходное напряжение аналогового перемножителя 4 сигналов равно произведению U>.0т К1;
0и — напряжение на выходе датчика на50 пряжения;
Uy — напряжение на выходе датчика тока, K> — коэффициент перемножения аналогового перемножителя сигналов.
55 При отсутствии перегрузки транзистора
2 выполняется следующее соотношение:
0и Uy K1< Е1, следовательно, режим работы транзистора.
2 находится в области безопасной работы.
1709286
При 100 $-ном использовании области безопасной работы транзистора 2 выполняется следующее соотношение:
Ои Uy Kl = Е1;
Выходное напряжение датчика напряжения
Ux.э. Е2 .
Ои Roc.1 + Roc.1
Вэ Е2 где R3 — сопротивление резистора 9;
Roc> — сопротивление резистора 11;
Йе2 — сопротивление резистора 12.
Выходное напряжение датчика тока
Roc.2 . Roc.2.
0У= 1э Ry — + Еэ
R15. Йеэ где Ry — сопротивление резистивного датчика 16 тока;
Roc2 — сопротивление резистора 14;
R>5 — сопротивление резистора 15; йез — сопротивление резистора 17.
Подоовив выражения U> и Uy, получают
E1 э R15 Roc.1 K1 Roc.2 E3- 15
+ Е2 Rs у ез. нег
Обозначив
Е1 Ra, К15 — а,.
Ry Roc.1 K1 Roc.2
Е2 э
=Ь
RE2
ЕЗ п15
=c, Ry ез
Получают а к.э. + о что совпадает с выражением гиперболической функции графика области безопасной работы силового транзистора 2.
Использование в датчике напряжения предлагаемого устройства транзистора и операционного усилителя, точность которого намного выше точностй стабилитрона в прототипе, обеспечивает высокую точность совпадения теоретической и экспериментальной эпюр графиков области безопасной работы мощного транзистора.
Использование в датчике тока дифференциального суммирующего усилителя на основе операционного усилителя обеспечивает высокую точность в широком диапазоне эмиттерного напряжения мощного транзистора;
Введение в устройство трех источников опорных напряжений обеспечивает. возможность максимально точного определения коэффициентов, а, Ь, с, обеспечивая максимальное совпадение экспериментал ь20
25. который через второй резистор подключен к первому источнику опорного напряжения и через первый резистор обратной связи—
35
40 теля разностного сигнала, один из входов
55 соединен с вторым источником oflopHolo напряжения, а второй вход — с выходом ана5
15 ного графика области безопасной работы силового транзистора с теоретическим, Формула изобретения
Устройство для защиты силового транзистора, содержащее датчик тока, включенный в цепь протекания тока защищаемого силового транзистора, датчик напряжения, включенный параллельно цепи коллекторэмиттер силового транзистора, и усилительразностного сигнала,.входы которого подключены соответственно к выходам датчика тока и напряжения, а выход подсоединен к базе силового транзистора. И выводу для подключения управляющегосигнала, отл ич а ю шийся тем. что, с целью повышения эффективности использования области беэопасной работы силового транзистора, датчик напряжения состоит из транзистора;. эмиттер которого через первый резистор соединен с коллектором защищаемого силового транзистора, база — с эмиттером силового транзистора, а коллектор соединен с инвертирующим входом первого дифференциальногоо суммирующего усилителя, к выходу первого дифференциального сум мируЮщего усилителя, который использован в качестве выхода датчика напряжения, неинвертирующий вход первого дифференциального суммирующего усилителя подключен к общей шине, а датчик тока состоит из второго дифференциального суммирующего усилителя, выход которого использован в качестве выхода датчика тока. который через второй резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом второго дифференциального суммирующего усилителя, который через третий резистор подключен к третьему источнику опорного напряжения и через четвертый резистор подключен к одному выводу резистивного датчика тока, к которому подключен также эмиттер силового транзистора,:неинвертирующий вход второго дифференциального суммирующего усилителя через пятый резистор соединен с другим выводом резистивного датчика тока. а через шестой реэистор —. с общей шиной, кроме того, усилитель разностнрго сигнала состоит иэ аналогового перемножителя и компаратора,,выход которого использован в качестве выхода усилилогового перемножителя, входы которого использованы в качестве входов усилителя разностного сигнала.
1709286
Составитель С.Каленов
Редактор Л.Пчолинская Техред M,Moðãåíòàë Корректор,Т.Палий
3ахаз425 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям.при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101
