CS233185B1

CS233185B1 - Connection of overcurrent and short-circuit protection of power switching transistor

Info

Publication number: CS233185B1
Application number: CS713383A
Authority: CS
Inventors: Jiri Desort; Petr Schinkman
Original assignee: Jiri Desort; Petr Schinkman
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-02-14

Abstract

Vynález se týká automatizační a měřící techniky. Ochrana je určená pro nadproudové a zkratové jiátění spínacích tranzistorů. Jištění spočívá v tom, že spínaný proud protékající snímacím vinutím přesytky ovlivňuje velikost měřícího proudu obdélníkového průběhu procházejícího měřícím vinutím. Tímto proudem se ovládají tranzistory pojistky. Vynález se využije v automatizačnich celcích při jištění výkonových převodníků, stabilizátorů proudu a podobně.The invention relates to automation and measurement technology. The protection is intended for overcurrent and short-circuit protection of switching transistors. The protection consists in the fact that the switched current flowing through the sensing winding of the overcurrent affects the size of the measuring current of the rectangular waveform passing through the measuring winding. This current controls the fuse transistors. The invention is used in automation units for protecting power converters, current stabilizers and the like.

Description

(54) Zapojení nadproudové a zkratové ochrany výkonového spínacího tranzistoru(54) Connection of overcurrent and short-circuit protection of power switching transistor

Vynález se týká automatizační a měřící techniky.The invention relates to automation and measurement technology.

Ochrana je určená pro nadproudové a zkratové jiátění spínacích tranzistorů. Jištění spočívá v tom, že spínaný proud protékající snímacím vinutím přesytky ovlivňuje velikost měřícího proudu obdélníkového průběhu procházejícího měřícím vinutím. Tímto proudem se ovládají tranzistory pojistky. Vynález se využije v automatizačnich celcích při jištění výkonových převodníků, stabilizátorů proudu a podobně.The protection is designed for overcurrent and short-circuit protection of switching transistors. The fuse consists in that the switching current flowing through the sensing winding of the superelectric affects the magnitude of the measuring current of the rectangular waveform passing through the measuring winding. This current controls the fuse transistors. The invention is used in automation units for securing power converters, current stabilizers and the like.

- 1 233 185- 1 233 185

Vynález se týká zapojení nadproudové a zkratové ochrany výkonového spínacího tranzistoru ve výkonových převodnících, stabilizátorech proudu apod.The invention relates to the connection of overcurrent and short-circuit protection of a power switching transistor in power converters, current stabilizers and the like.

Dosud používaný způsob jištění výkonových tranzistorů spočívá v tom, že proud kolektor - emitor výkonového spínacího tranzistoru protéká rovněž odporem zapojeným s tímto tranzistorem do série, takže měřený úbytek napětí na tomto odporu odpovídá velikosti protékaného proudu. Dále pak překročením tohoto úbytku napětí se spínají ochranné obvody výkonového tranzistoru.The method used to protect the power transistors used so far is that the collector-emitter current of the power switching transistor also flows through the resistor connected to the transistor in series, so that the measured voltage drop across the resistor corresponds to the current flow. Furthermore, by exceeding this voltage drop, the protective circuits of the power transistor are switched.

Nevýhodou tohoto způsobu je, že spínané napětí je zmenšené o úbytek napětí na měřícím odporu. Tento úbytek se zároveň projeví jako tepelná ztráta na desce, na které se jištění používá. V automatizačních systémech, kde bývá tento způsob jištění použit ve větším množství, např. u výkonových převodníků, je třeba počítat i se zvýšenou spotřebou elektrické energie.The disadvantage of this method is that the switching voltage is reduced by the voltage drop across the measuring resistor. At the same time, this loss will show up as a heat loss on the board for which the fuse is used. In automation systems where this type of protection is used in larger quantities, eg power converters, it is necessary to take into account an increased consumption of electric energy.

Tyto nedostatky odstraňuje zapojení nadproudové a zkratové ochrany výkonového spínacího tranzistoru podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že proudový vstup zapojení je spojen s katodou oddělovací diody a s jedním vývodem snímacího vinutí přesytky. Druhý vývod snímacího vinutí přesytky je spojen s kolektorem výkonového spínacího tranzistoru, jehož emitor je spojen s prou dovým výstupem zapojení, se společným zdrojovým vstupem zapojení, s jedním vývodem regulačního potenciometrů, s jedním vývodem filtračního kondenzátoru a s emitorem ovládacího tranzistoru. Kolektor ovládacího tranzistoru je spojen s bází výkonového spínacího tranzistoru aThese drawbacks are eliminated by the overcurrent and short-circuit protection of the power switching transistor according to the invention. The principle of the invention is that the current input of the wiring is connected to the cathode of the decoupling diode and to one outlet of the sensing winding of the wedge. The second outlet of the sensing winding is connected to the collector of the power switching transistor, the emitter of which is connected to the current output of the circuit, the common source input of the circuit, one terminal of the control potentiometers, one terminal of the filter capacitor and the emitter of the control transistor. The control transistor collector is coupled to the base of the power switching transistor a

- 2 233 185 s jedním vývodem oddělovacího odporu. Druhý vývod oddělovacího odporu je spojen s ovládacím vstupem zapojení, s jedním vývodem srážecího odporu a s kolektorem budicího tranzistoru. Emitor budicího tranzistoru je spojen s bází ovládacího tranzistoru. Báze budicího tranzistoru je spojena se druhým vývodem filtračního kondenzátoru, s katodou druhé součtové diody a s katddou první součtové diody. Anoda první součtové diody je spojena s jezdcem regulačního potenciometrů. Druhý vývod regulačního potenciometrů je spojen se druhým vývodem měřicího vinutí přesytky.- 2 233 185 with one isolation resistance terminal. The other terminal of the decoupling resistor is connected to the control input of the wiring, to one of the coil resistor terminals, and to the collector of the drive transistor. The drive transistor emitter is coupled to the base of the control transistor. The excitation transistor base is coupled to the second outlet of the filter capacitor, the cathode of the second summing diode, and the cathode of the first summing diode. The anode of the first summation diode is connected to the slider of the control potentiometer. The second outlet of the regulating potentiometer is connected to the second outlet of the measuring winding of the overlap.

První vývod měřicího vinutí přesytky je spojen s napájecím vstupem zapojení. Anoda druhé součtové diody je spojena se druhým vývodem srážecího odporu a s anodou oddělovací diody.The first outlet of the measuring winding of the canopy is connected to the power input of the wiring. The anode of the second summing diode is connected to the second terminal of the resistor and to the anode of the separating diode.

Výhodou zapojení nadproudové a zkratové ochrany podle vynálezu je, že se sníží tepelný výkon desky, na které je tato ochrana použitá. Zároveň se sníží elektrický příkon. Další výhodou je, že spínané napětí se sníží pouze o úbytek napětí na přechodu kolektor - emitor výkonového tranzistoru. Z toho vyplývá, že tímto typem ochrany lze jistit např. spínače 24 V, aniž by na nich došlo k praktickému snížení napětí. Toto se uplatní zejména tehdy, jestliže použitý zdroj má určitou povolenou odchylku do minusu od jmenovitého napětí. Zde by při klasicky koncipované oohraně pokleslo napětí na spínacím zařízení mimo toleranční hranice.The advantage of the overcurrent and short-circuit protection according to the invention is that the thermal output of the board to which the protection is applied is reduced. At the same time, the electrical input is reduced. Another advantage is that the switching voltage is reduced only by the voltage drop at the collector-emitter power transistor. This means that 24 V switches can be protected by this type of protection without any practical voltage reduction. This applies especially if the source used has a certain allowed deviation to minus the rated voltage. Here, with a classically designed edge, the voltage at the switching device would drop outside the tolerance limits.

Příklad zapojení podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojeném obrázku.An example of a circuit according to the invention is shown schematically in the attached figure.

Vnější vazby zapojení podle vynálezu jsou tyto. Proudový vstup 01 zapojení je spojen s kladným pólem zdroje. Proudový výstup 02 zapojení je spojen se spínanou zátěží. Napájecí vstup 03 zapojení je spojen s jedním pólem zdroje napětí obdélníkového průběhu. Ovládací vstupThe external wiring connections of the invention are these. The current input 01 of the wiring is connected to the positive pole of the source. The current output 02 of the wiring is connected to a switched load. The power supply input 03 is connected to one pole of a rectangular voltage source. Control input

233 185233 185

Zapojení je spojen a kladným pólem zdroje ovládacího napětí. Společný zdrojový vstup 05 zapojení je spojen jednak a® druhým pólem zdroje napětí obdélníkového průběhu a jednak se záporným pólem zdroje ovládacího napětí. Jednotlivé součásti jsou zapojeny takto. Proudový vstup 01 zapojení je spojen s katodou oddělovací diody 21 což je rychlá spínací dioda. Dále je proudový vstup 01 zapojení spojen s jedním vývodem snímacího vinutí 111 přesytky 11, která zde je využita jako čidlo jištěného stejnosměrného proudu. Druhý vývod snímacího vinutí 111 přesytky 11 je spojen a kolektorem výkonového spínacího tranzistoru 12, který je dimenzovaný podle spínaného proudu. Emitor spínacího výkonového tranzistoru 12 je spojen s proudovým výstupem 02 zapojení, se společným zdrojovým vstupem 05 zapojení, s jedním vývodem regulačního potenciometru 19. který je určen potřebným proudem do báze budicího tranzistoru 15. s jedním pólem filtračního kondenzátoru 16, což'je keramický kondenzátor řádově stovky nF a s emitorem ovládacího tranzistoru 12, který je dimenzovaný tak, aby svedl proud tekoucí do báze výkonového tranzistoru 12. Kolektor ovládacího tranzistoru 13 je spojen s bází výkonového spínacího tranzistoru 12 a s jedním vývodem oddělovacího odporu 14. jehož hodnota je určena požadovaným proudem báze emitor výkonového spínacího tranzistoru 12. Druhý vývod oddělovacího odporu 14 je spojen s ovládacím vstupem 04 zapojení, s jedním vývodem srážecího odporu 20, který je určený potřebným proudem do báze budícího tranzistoru 12 a s kolektorem budícího tranzistoru 12. Budicí tranzistor 15 je daný potřebným proudem k vybuzení ovládacího tranzistoru 13 a potřebným proudovým zesilovacím činitelem. Emitor budicího tranzistoru 15 je spojen s bází ovládacího tranzistoru 12. Báze budicího tranzistoru 15 je spojena se druhým vývodem filtračního kondenzátoru 16. s katodouThe wiring is connected to the positive pole of the control voltage source. The common wiring input 05 is connected both to the second pole of the rectangular voltage source and to the negative pole of the control voltage source. The components are connected as follows. The current input 01 is connected to the cathode of the diode 21, which is a fast switching diode. Furthermore, the wiring current input 01 is connected to one terminal of the sensing winding 111 of the worm 11, which is used here as a fused DC current sensor. The second terminal of the sensing winding 111 of the worm 11 is connected to the collector of the power switching transistor 12, which is dimensioned according to the switching current. The emitter of the switching power transistor 12 is coupled to the wiring current output 02, the common wiring input 05, to one terminal of the regulating potentiometer 19, which is determined by the required current to the base of the driving transistor 15 with one pole of the filtering capacitor 16. of the order of hundreds of nF and with the emitter of the control transistor 12, which is sized to draw current flowing into the base of the power transistor 12. The collector of the control transistor 13 is connected to the base of the power switching transistor 12 and to one terminal of the decoupling resistor 14 whose value is determined by the desired base current. the emitter of the power switching transistor 12. The second output of the decoupling resistor 14 is connected to the control input 04 of the wiring, to one terminal of the resistor 20, which is determined by the required current to the base of the excitation transistor 12 and to the collector of the excitation transistor 12. The resistor 15 is given by the required current to energize the control transistor 13 and the necessary current amplification factor. The exciter transistor 15 is connected to the base of the control transistor 12. The excitation transistor 15 base is connected to the second outlet of the cathode filter capacitor 16.

233 185 druh© součtové diody 18 a s katodou první součtové diody 17. Součtové diody 12, 18 jsou rychlé malovýkonové diody, přičemž první součtová dioda 17 slouží jako součtová, zatímco druhá součtová dioda 18 slouží zároveň jako součtová i usměrňovači. Anoda první součtové diody 12 je spojena s jezdcem regulačního potenciometrů 19 jehož druhý vývod je spojen s druhým vývodem měřicího vinutí 112 přesytky 11. První vývod měřicího vinutí 112 přesytky 11 je spojen s napájecím vstupem 03 zapojení. Anoda druhé součtové diody 18 je spojena s druhým vývodem srážecího odporu 20 a s anodou oddělovací diody 21.233 185 type druh summation diodes 18 and with the cathode of the first summation diode 17. Summation diodes 12, 18 are fast low power diodes, wherein the summation diode 17 serves as summation, while the summation diode 18 serves both summation and rectifiers. The anode of the first summation diode 12 is connected to the slider of the regulating potentiometer 19, the second outlet of which is connected to the second terminal of the measuring winding 112 of the wedge 11. The first terminal of the measuring winding 112 of the wedge 11 is connected to the power input 03 of the circuit. The anode of the second summing diode 18 is connected to the second terminal of the resistor 20 and to the anode of the separating diode 21.

Zapojení pracuje takto. Spínaný stejnosměrný proud prochází směrem od proudového vstupu 01 zapojení k proudovému výstupu 02 zapojení přes snímací vinutí 111 přesytky 11 a přechod kolektor - emitor spínacího tranzistoru 12« Proud ze zdroje napětí obdélníkového průběhu připojeného na napájecí vstup 03 zapojení protéká měřicím vinutím 112 přesytky 11 a regulačním potenciometrem 19. Tento proud je nepřímo závislý na spínaném stejnosměrném proudu, protože spínaný stejnosměrný proud přesycuje jádro 113 přesytky 11 a tak ovlivňuje impedanci měřicího vinutí 112 přesytky 11. Dále se tento proud usměrňuje první součtovou diodou 17 a vyfiltruje filtračním kondenzátorem 16. Jezdec regulačního potenciometrů 19 je nastaven tak, že když spínaný stejnosměrný proud překročí určenou mez, napětí na jezdci stoupne vlivem zvětšeného ‘proudu protékajícího regulačním potenciometrem 19« takže do báze budicího tranzistoru 15 začne téci proud. Tento proud způsobí otevírání tohoto budícího tranzistoru 12, to znamená začne protékat proud kolektor - emitor budicího tranzistoru 15 do báze ovládacího tranzistoru 13. Vlivem tohoto proudu se začne otevírat ovládací tranzistor 12 - začne protékat proud kolektor - emitor.The wiring works as follows. The switched DC current flows away from the current input 01 of the wiring to the current output 02 of the wiring through the sensing winding 111 of the jumper 11 and the collector-emitter switching transistor 12. potentiometer 19. This current is inversely dependent on the switched DC current, since the switched DC current supersaturates the wedge core 113 and thus affects the impedance of the wound measuring winding 112. Next, this current is rectified by the first summation diode 17 and filtered by the filter capacitor 16. 19 is set such that when the switched DC current exceeds a predetermined limit, the voltage on the slider rises due to the increased current flowing through the control potentiometer 19 so that the base of the drive transistor 15 begins to t or current. This current causes the excitation transistor 12 to open, i.e. the collector-emitter excitation transistor 15 flows into the base of the control transistor 13. Due to this current, the control transistor 12 opens - the collector-emitter current flows.

233 185233 185

Tím se zvětší úbytek napětí na oddělovacím odporu 14 a proud tekoucí do báze výkonového spínacího tranzistoru 12 se zmenší. Tím se výkonový spínací tranzistor 12 přivře, to znamená zmenší se proud kolektor - emitor, tedy proud protékající zátěží. V tom okamžiku se zvýší napětí mezi proudovým vstupem 01 zapojení a prou dovým výstupem 02 zapojení, zavře se oddělovací dioda 21 a začne protékat proud přes srážecí odpor 20 druhou součtovou diodou 18. Tím se plně otevře budicí tranzistor a ovládací tranzistor 13, jehož saturační napětí je takové, že přestane téci proud do báze výkonového spínacího tranzistoru 12. Spínací výkonový tranzistor 12 se zavře a odpojí zátěž od napájení. Tento způsob jištění je nevratný. X opětnému sepnutí dojde tak, že se zruší účinnost pojistky, to však nepatří k předmětu vynálezu.This increases the voltage drop across the decoupling resistor 14 and reduces the current flowing to the base of the power switching transistor 12. As a result, the power switching transistor 12 is closed, i.e. the collector-emitter current is reduced, i.e. the current flowing through the load. At this point, the voltage between the wiring current input 01 and the wiring current output 02 increases, the separation diode 21 closes and current flows through the resistor 20 through the second summation diode 18. This fully opens the drive transistor and the control transistor 13 whose saturation voltage is such that the current to the base of the power switching transistor 12 stops flowing. The switching power transistor 12 closes and disconnects the load from the power supply. This method of protection is irreversible. X is reclosed by canceling the fuse, but this is not within the scope of the invention.

Vynálezu se využije v automatizační a měřicí těchThe invention is utilized in automation and measurement ones

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

233 185

Overcurrent and short-circuit protection of a power switching transistor, characterized in that the current input (01) of the wiring is connected to the cathode of the diode (21) and to one terminal of the sensing winding (111) of the superset (11). a switching transistor (12), the emitter of which is connected to the current output (02) of the wiring, the common source input (05) of the wiring, one terminal of the regulating potentiometer (19), one terminal of the filter capacitor (16) and the emitter of the transistor (13) ), the collector of which is connected to the base of the power switching transistor (12), and to one of the isolation resistor terminals (14), the other of which is connected to the wiring control input (04), one of the precipitating resistor terminals (20) and the excitation transistor ( 15), whose emitter is connected to the base of the transistor (13) and the base of the drive transistor (15) is connected to the filter capacitor (16), the cathode of the second summation diode (18) and the cathode of the beer summation diode (17), the anode of which is connected to the slider of the regulating potentiometer (19); (11), the first terminal of which is connected to the power supply input (03), the anode of the second summing diode (18) being connected to the second terminal of the resistor (20) and to the anode of the separating diode (21).

1 drawing