CN1010153B - 开关晶体管的保护电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一个保护开关晶体管的电路结构,该开关晶体管位于一个直流电压源和一个感性负载之间,该电路具有一个控制开关晶体管的可控脉冲宽度调制器,和一个出现过压时导通晶体管的限压元件,这种电路结构一方面有效、可靠地在过压时保护开关晶体管,另一方面又避免了过载时完全断路。为此,借助于限压元件附加地得到一个调节信号,它引到脉冲宽度调节器的控制输入端,使得过压时脉冲宽度调制器的脉冲间隔比减少。
Description
本发明涉及一种开关晶体管的保护电路结构,所述开关晶体管位于一个直流电压源和一个感性负载之间,该电路具有一个用于控制开关晶体管的可控脉冲宽度调制器,和一个出现过压时导通晶体管的限压元件。
开关晶体管的击穿电压是这样规定的,即它在通常情况下不超过附加上由导线电感和漏电电感引起的电压后的供给电压。若将开关晶体管的击穿电压选得很大,使得所出现的每个最高的过电压都比其击穿电压低,则是不经济的。因此,必须设置保护电路,引开超过击穿电压的过电压,使保护开关晶体管不受到这种偶然出现的过电压的损坏。
已知的方法是,与开关晶体管并联一个限压元件,如可变电阻或齐纳二极管。为了能够容纳高能量的过压脉冲和排出产生的损耗功率,这种限压元件的体积必须很大。
从保护电路结构部件的体积考虑,在出现过压时依靠一个齐纳二极管或一个可变电阻来接入晶体管是有益的。当过压脉冲的能量由晶体管本身容纳时,只需要小的限压元件。通常,开关晶体管比限压元件能排出更大的损耗功率。
然而开关晶体管也只有有限的排出过压损耗功率的能力。所以,长时间产生的过电压(例如当供电电压直接与电网电压有关时)会导致开关晶体管的损坏。
为避免这种由于过压的疲劳荷重造成晶体管的损坏,另一种已知的方法是,用一个测定装置来分担过压。由于超过最大电压电平,将引起脉冲宽度调制器的脉冲阻塞,此后,开关晶体管不再受控,并且阻止了晶体管的重新接通。因此,开关晶体管上的电压大约降到工作电压。虽然通过这个附加措施有效地避免了长时间持续的供电过电(由持续有效的工作电压限制引起)造成的开关晶体管的过载,但仍存在着缺点,即这种干扰会导致完全断路,例如,若通过此开关晶体管给一个直流电机供电则上述过压情况常常会导致停转。这在大多数使用情况下是不允许的。
对此,本发明的任务是,构成一种按上述方式的电路结构,它一方面有效、可靠地在过压情况下保护开关晶体管,另一方面避免过载情况下的完全断路。
这个任务将通过权利要求1特征部分所述的发明加以解决。
本发明基于这样的考虑在供电电压的持续过压状况下继续接通开关晶体管,但要减小出现的工作电压。因为开关时间恒定时工作电压的大小与通过导线电感或漏电感的电流的大小有关,所以工作电压随电流的减小而减小。为此利用脉冲宽度调制器,在干扰的情况下,通过附加的控制信号来控制调制器,使得控制开关晶体管的脉冲间隔比减小。
下面参考实施例的附图对本发明作进一步的解释,其中
图1:以一种简单的实施方式进行开关晶体管保护的电路结构的开关电路图,
图2:用于电动机电流调节器的上述电路结构的电路图,
图3:用于解释在图2的电路结构中电机电流与静止电网电压大小的关系的曲线图,
图4:相应图3中工作点A至D的不同的电网电压时开关晶体管中电压的图示。
图1示出一个开关晶体管保护电路结构的实施例,该电路可与一个开关网络部分相接。开关晶体管2的输入端与作为限压元以的齐纳二极管1的阴极相连,1的阳极通过二极管4与电容器7相连。在电容7和二极管4的中间接有一个连有放电电阻8的支路,它接到电流调节器10输入端的加法点上。这个加法点通过电阻9与一个额定值传感器相连。在额定值信号和通过电阻8引到加法点的电压之间会产生一个电位差,这个电位差送到电流调节器。电流调节器10的输出与脉冲宽度调制器11的控制输入端相连,后者的输出与开关晶体管2的控制输入端相连。
进一步,齐纳二极管1的阳极通过二极管3和另一个齐纳二极管6绕过脉冲宽度调制器11直接与开关晶体管2的控制输入端相连,开关晶体管2的控制输入端通过另一个齐纳二极管5与外壳电位相接。
出现过压时,齐纳二极管1作为限压二极管导通。流过限压二极管1的电流通过二极管4给电容7充电。通过放电电阻8,电容的放电电流减小了脉冲宽度调制器11的脉冲间隔比。因此,在下一个周期,通过开关晶体管2的工作电流减少,工作电压也随之减少。若选择电容7的放电时间常数远远大于时钟周期,则相应地静止供电过电压的大小稳定在一个固定的工作点上。
当出现短的高能量过压脉冲时,在负载上的电流按脉冲间隔比的变化而减小的同时,电容7迅速充电。在这种情况下,开关晶体管通过二极管3和齐纳二极管6而受控,过电压通过处于受控导通状态的开关晶体管2自限。如此规定齐纳二极管6的击穿电压,使得当开关晶
晶体管2动态地接通过压时电容7能一直放电到脉冲宽度调制器11的脉冲间隔比为零。由于电容7的放电时间常数较大,给定开关二极管2一个恢复时间,以排除过压限制时出现的损耗功率。
图2示出一个20KHg电机电流调节器的模拟电路结构。这个电路的基本构成和功能都与图1所示的相同。从电网经整流电桥20和开关晶体管2给电机14供电。由测流电阻13得到电机电流,并通过电流调节器10调到已给出的额定值。电网过压时,这里通过限定二极管1和二极管4借助电容7形成一个调节信号,该信号通过放电电阻8送到电流调节器的加法点。以此,电流调节器10将电机电流正好减少到不超过开关晶体管2上的最大电压。
为此,图3示出依照图2的电路给出的电机电流与静止电网电压的大小的关系。使用一个具有440V击穿电压的二极管作为限制二极管。结果,可以由直到260V的电网电压供给电机最大电流。电网电压进一步提高时,通过上述的电路结构来减小电机电流。图4示出电网电压处于图3中各个工作点A-D时开关晶体管2上的电压。由此可知,电网电压超过260V时,调节电机电流,使得开关晶体管上的电压正好在相应于齐纳二极管1的440V击穿电压上。
通过电网电压增加时电机电流的减少,使得工作电压也减少。开关晶体管2上的最大电压将维持在一个恒定值。
采用上述电路结构的主要优点在于:通过调节电机电流,在电网过压期间只有电机电流减少,并且从而使电机转矩减少。这种电路结构既避免了开关晶体管2的过载,又避免了负载的停转。
Claims (7)
1、用于保护开关晶体管的电路结构,该开关晶体管位于一个直流电压源和一个感性负载之间,该电路具有一个用于控制开关晶体管的可控脉冲宽度调制器,和一个出现过压时导通晶体管的限压元件,
其特征在于:
借助于限压元件(1)得到一个附加调节信号,该信号送到脉冲宽度调制器(11)的控制输入端,使得脉冲宽度调制器(11)的脉冲间隔比在过压时减小。
2、如权利要求1所述的电路结构,
其特征在于:
调节信号是由超过限压元件(1)的电压的峰值形成的。
3、如权利要求1或2所述的电路结构,
其特征在于,
当调节信号超过一个给定的电压值时,开关晶体管(2)才导通。
4、如权利要求1所述的电路,
其特征在于,
限压元件(1)是一个齐纳二极管,其阴极接于开关晶体管(2)的输入端,其阳极与电容(7)相接,该电容通过放电电阻(8)与脉冲宽度调制器(11)的控制输入端相接。
5、如权利要求4所述的电路结构,
其特征在于:
一个电流调节器(10)与脉冲宽度调制器(11)串联连接,在电流调节器的输入端有一加法点,电容(7)的放电支路和一个额定值信号传送器引到此点。
6、如权利要求4或1所述的电路结构,其特征在于,
限压元件(1)的阳极通过另个个齐纳二极管(6)与开关晶体管(2)的控制输入端直接相连。
7、如权利要求6所述的电路结构,
其特征在于,
如此设定在限压元件(1)阳极支路上的另一个齐纳二极管(6)的击穿电压,使得电容(7)一直放电到脉冲宽度调制器(11)的脉冲间隔比0。
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