CS224057B1 - Ochranný elektronický obvod - Google Patents

Description

Vynález řeší ochranný elektronický obvod, který zabezpečuje jiné části složitějšího elektronického obvodu před zničením při náhlém zvýšení kladného napětí na zátěži induktivního charakteru.

Dosud známé ochranné elektronické obvody pro zabezpečení jiných částí elektronického obvodu s induktivní zátěží využívají dvou pomocných diod, které odvádějí záporné napěťové špičky do zemní svorky obvodu, zatímco kladné napěňové špičky do napájecího zdroje obvodu, a tím chrání části elektronických obvodů před zničením napěťovým přepětím. Použitelnost ochranných obvodů tohoto typu je však omezena, nemají stejné vlastnosti pr© všechny aplikace, např. pro běžná zapojení nízkofrekvenčních zesilovačů výkonu se zvyšovaoím, tzv. bootstrap kondenzátorem. Ten to zvyšovací kondenzátor umožňuje pro daný výkon v zátěži zesilovače použít napájecího zdroje o menším napětí. Zvyšovací kondenzátor je však zapojen v sérii s kondenzátorem napájecího zdro je, a tím klesne výsledná kapacita a při stejné energii v induktivní zátěži dojde k většímu stoupnutí napětí na koncovém stupni zesilovače. Omezená použitelnost výše uvedených ochranných obvodů spočívá v tom, že při provozu zesilovacích stupňů dochází k selhání těchto ochranných obvodů z následujících důvodů:

a/ Zvyšovací kondenzátor je odpojený buď nedbalou montáží obvodu, vnitřní korozí přívodů kondenzátoru, nebo u monolitického nebo hybridního provedení zesilovače v důsledku špatného doteku obvodu v měřícím či aplikačním soklu.

b/ Zvyšovací kondenzátor má malou kapacitu, např. není zfor mován při prvním zapnutí nebo se zmenší kapacita při dlouhodobém skladování hotového elektronického výrobku.

224 057

V obou případech dochází v určitém časovém okamžiku ke vzniku větší napěťové kladné špičky na induktivní zátěži, která má zpravidla destruktivní vliv na elektronický obvod.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje ochranný elektronický obvod pro elektronická zařízení se zátěží induktivního charakteru připojenou na výstupní uzel tranzistorového zesilovače v kvazikomplementárním zapojení se zvyšovacím kondenzátorem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výstup prvního napětím řízeného zdroje proudu je spojen se vstupem spínače, který je zapojen do série se zdrojem napájecího napětí a se zvyšovacím kondenzátorem, zatímco výstup druhého napětím řízeného zdroje proudu je připojen na bázi ochranného tranzistoru, jehož kolektor je spo jen s bází spodního výkonového tranzistoru.

Druhý napětím řízený zdroj proudu může být tvořen PNP tranzistorem, zapojeným svým emitorem do výstupního uzlu zesilovače, kolektorem na odpor a bázi ochranného tranzistoru a bází přes odpor na zdroj napájecího napětí.

Zavedením ochranného elektronického obvodu se docílí vyšší napěňové odolnosti částí elektronických obvodů, které nemusí být konstrukčně navrženy na toto vyšší napětí vyskytující se pouze v určitém Časovém okamžiku činnosti obvodu.

Na připojených výkresech jsou znázorněny dva příklady provedení ochranného elektronického obvodu, kde na obr. 1 je nakresleno obecné řešení ochranného obvodu. Na obr. 2 je nakresleno konkrétní provedení ochranného obvodu.

Zesilovací kvazikomplementární výkonový stupeň /obr. 1/ je tvořen invertorem 11, který je svým horním výstupem spojen s horním výkonovým tranzistorem 8 a svým dolním výstupem se spodním výkonovým tranzistorem 9 koncového stupně. Kolektor horního výkonového tranzistoru 8 je spojen s katodou napájecí diody 2» která je svou anodou zapojena na zdroj napájecího napětí. Dále je kolektor horního výkonového tranzistoru 8 spojen se zvyšovacím kondenzátorem 3. Zvyšovací kondenzátor 3 je spojen svou druhou elektrodou s odporem 1 a se spínačem 12, který je druhou stranou spojen se zdrojem napájecího napětí. Spínač 12 je spojen řídicí svorkou se spodní svorkou prvního napětím řízeného zdroje 14 proudu. První napětím řízený zdroj 14 proudu je svou druhou svorkou spojen se zdrojem napájecího napětí a svou řídicí svorkou

- 3 224 057 je spojen se vstupní svorkou invertoru 11. Odpor 1_ je svou druhou svorkou uzemněn. Ochranný tranzistor 10 je spojen svým kolektorem s bází spodního výkonového tranzistoru 2» emitorem je uzemněn a bází je spojen se spodní svorkou druhého napětím řízeného zdroje 15 proudu a s odporem 2. Druhý napětím řízený zdroj 15 proudu je svou druhou svorkou spojen se zdrojem napájecího napětí a svou řídící svorkou je spojen se vstupní svorkou invertoru 11. Odpor 2 je svou druhou svorkou uzemněn. Výstupní uzel 0 koncového stupně je připojen k jedné svorce zátěže 13 induktivního charakteru, která je svým druhým koncem spojena s oddělovacím kondenzátorem 4, který je svou druhou svorkou uzemněn. Horní ochranná dioda 6 je svou katodou spojena s kolektorem horního výkonového tranzistoru 8 a svou anodou s emitorem horního výkonového tranzistoru 8. Spodní ochranná dioda 7 je svou katodou spojena s kolektorem spodního výkonového tranzistoru 2 ^a anoda je uzemněna.

V časovém okamžiku, kdy budicí napětí pilového průběhu invertoru 11 dosahuje maximální hodnoty, jsou tímto napětím sepnuty i první napětím řízený zdroj 14 proudu a druhý napětím řízený zdroj 15 proudu. První napětím řízený zdroj 14 proudu spíná proudem spínač 12, který připojuje do série zdroj napájecího napětí s napětím na zvyšovacím kondenzátoru 3, který se v předcházejícím časovém okamžiku nabil na napětí rovné přes napájecí diodu 2 a odpor 1.· Ti® dochází ke zvýšení napětT~na kolektoru horního výkonového tranzistoru 8 na hodnotu rovnou téměř dvojnásobku napětí zdroje napájecího napětí. Současně dochází ke komutaci proudu v zátěži*^ induktivního charakteru. Vznikající napěťová špička je vedena přes horní ochrannou diodu 6 do zvyšovacího kondenzátoru 3, a filtračních kondenzátorů zdroje napájecího napětí přes spínač 12. Spodní výkonový tranzistor 2~”3^e napěťově namáhán touto napěťovou špičkou. Druhý napětím řízený zdroj 15 proudu spíná současně proudem I2 ochranný tranzistor 10. který prakticky zkratuje PN přechod báze-emitor spodního výkonového tranzistoru 2 ^a převede jej tímto způsobem z režimu UqE do režimu Uqq. Toto napětí Ugg je vždy podstatně vyšší než U_CE a spodní výkonový tranzistor 2 nebude vzniklým přepětím zničen.

Na obr. 2 je nakresleno konkrétní provedení ochranného obvodu. PNP tranzistor 1£ je svým emitorem připojen na výstupní uzel 0 zesilovače a svou bází je spojen přes odpor 16, se zdrojem napájecího napětí. PNP tranzistor J2 όθ ^{dále SV}Ý® kolektorem“spojen s bází ochranného tranzistoru 10.

~ 4 224 057

Překročí-li napětí ve výstupním uzlu 0 zesilovače v časovém okamžiku popsaném v popisu funkce obecného řešení ochranného obvodu velikost napětí zdroje U„ napájecího napětí o součet otevíračího napětí PN přechodu~báze-emitor PNP tranzistoru 17 a úbytek napětí na odporu 16. způsobený bázovým proudem PNP tranzistoru 17, otevírá se zcela automaticky PNP tranzistor 17 i ochranný tranzistor 10. Otevření ochranného tranzistoru 10 způsobí přechod spodního výkonového tranzistoru 2 z režimu U_GE do režimu ^UCB ^{a oc}hranu před destrukcí vzniklým přepětím ve výstupním uzlu 0 zesilovače.

Vynález zvyšuje spolehlivost elektronického zařízení. Je zvláště vhodný pro monolitické bipolární a hybridní integrované obvody, u kterých je napětí' U_C£ tranzistorů limitováno možnostmi technologie jejich zhotovení. V tomto případě vynález principielně umožňuje konstrukci takových integrovaných obvodů, které by bez využití vynálezu nebylo možné v konkrétních podmínkách zkonstruovat.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   224 057

   1. Ochranný elektronický obvod pro elektronická zařízení se zátěží induktivního charakteru připojenou na výstupní uzel tranzistorového zesilovače v kvazikomplementárním zapojení se zvyšovacím kondenzátorem, vyznačený tím, že výstup prvního napětím řízeného zdroje /14/ proudu je spojen se vstupem spínače /12/, který je zapojen do série se zdrojem /U^/ napájecího napětí a se zvyšovacím kondenzátorem /3/, zatímco výstup druhého napětím řízeného zdroje /15/ proudu je připojen na bázi ochranného tranzistoru /10/, jehož kolektor je spojen s bází spodního výkonového tranzistoru /9/.
2. 2, Ochranný elektronický obvod pro elektronická zařízení se zátěží induktivního charakteru podle bodu 1, vyznačený tím, že druhý napětím řízený zdroj /15/ proudu je tvořen PNP tranzistorem /17/» zapojeným svým emitorem do výstupního uzlu /0/ zesilovače, kolektorem na odpor /2/ a bázi ochranného tranzistoru /10/ a bází přes odpor /16/ na zdroj /U^/ napájecího napětí.