CZ261795A3 - Power switching circuit - Google Patents

Description

obsahujícího výkonový tranzistor.

Dosavadní stav techniky

V mnoha aplikacích, například ve stabilizačních světelných obvodech, které mají induktivní zátěž, může být nutné zapínat a vypínat výkonový tranzistor ať již zátěž pracuje s kladným nebo se záporným napětím. Při použití běžných bipolárnich spínačů , to jest NPN tranzistorů, způsobují záporné napěťové špičky parazitní injekce do substrátu. Proto nemohou být běžné bipolární spínače vypínány, je-li na zátěži záporné napětí.

Cílem předkládaného vynálezu je proto vytvořit výkonový spínací obvod, který odstraňuje nebo alespoň redukuje nevýhody známých bipolárnich spínačů.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je výkonový spínací obvod sestávající z výkonového spínacího NPN tranzistoru, jehož kolektor je připojen na potenciál substrátu a jehož emitor je připojen na zatěžovaný výstup, z budícího obvodu, který má vstup připojený ke zdroji napájecího napětí a výstup budícího proudu spojený s bází výkonového tranzistoru, z PNP tranzistoru ve smyčce, jehož emitor je připojen k zatěžovanému výstupu, báze je připojena ke zdroji kladného referenčního napětí a kolektor k bázi NPN tranzistoru ve smyčce, kde kolektor tohoto NPN tranzistoru ve smyčce je připojen na potenciál substrátu a emitor k bázi výkonového tranzistoru.

Zdroj kladného referenčního napětí poskytuje s výhodou napětí nižší než je průrazné napětí přechodu kolektor-emitor výkonového tranzistoru v inverzním módu.

Přehled obrázků na výkrese

Jeden příklad provedení vynálezu bude nyní popsán pomocí výkresu, na kterém je uvedeno schéma výkonového spínacího obvodu v souladu s vynálezem.

Příklady provedení vynálezu

Jak je vidět na výkrese, výkonový spínací obvod vytvořený v integrovaném obvodu 18 obsahuje výkonový NPN tranzistor i, jehož kolektor je přes svorku 17 spojen s potenciálem substrátu integrovaného obvodu. Emitor výkonového tranzistoru 1 je spojen s výstupním uzlem 7, který je připojen k zátěži 8.. Budící obvod 5 dodává výstupní proud 14., který napájí bázi výkonového tranzistoru i přes tranzistor 3. a odpor 12. Proud „ 16 tekoucí do báze výkonového tranzistoru 1 přes tranzistor 3.

je omezen odporem 11. Odpor 11 a budící obvod 5 jsou spojeny a * dostávají napájecí . napětí ze svorky 6. napájecího napětí. Je zřejmé, že výstup budícího obvodu 5. musí být odolný napětím, jejichž hodnota poklesne pod potenciál substrátu na svorce 17.

Je tedy vytvořena smyčka, která ve stavu vypnuto spíná výkonový NPN tranzistor i ze stavu, v němž je báze plovoucí, do stavu, kdy je tato báze uzemněná, je-li na zátěži 8 napětí vyšší než je průrazné napětí kolektor-emitor výstupního výkonového NPN tranzistoru v inverzním módu. Tato smyčka výstupní uzel 7 a emitor tranzistoru 4 je připojena v referenčním napěťovém uzlu lVbe nižší než průrazné napět tranzistoru 1 s plovoucí bází s plovoucí bázi, pracuj íciho zahrnuje odpor 10 připojený mezi PNP tranzistoru 4. Báze PNP ria referenční napětí vytvářené 9, jehož hodnota je o víc než i kolektor-emitor výkonového NPN , pracujícího v’ inversním módu.

Kolektor PNP tranzistoru 4 je sojen s bází NPN tranzistoru 2, jehož emitor je spojen s bází výstupního výkonového tranzistoru 1 a jehož kolektor je připojen ke svorce 17 s potenciálem substrátu. Vybíjecí odpor 13 je připojen mezi bázi a emitor NPN tranzistoru 2, takže zlepšuje spínači chování v otevřeném stavu vypnuto, vyskytují-li se na zátěži 8. rychlé změny mezi hodnotami pod a nad potenciálem substrátu na svorce 17.

Nyní bude popsána funkce spínacího obvodu. Napětí, vyšší než je potenciál substrátu na svorce 17, bude nazváno kladné napětí a napětí nižší než je potenciál substrátu na svorce 17 bude nazváno záporné napětí.

V prvním případě, v zapnutém stavu, kdy je na zátěži 2 kladné napětí, je NPN tranzistor 2 buzen výstupním proudem 14 z budícího obvodu 5 a zajišťuje proud 16 do báze výstupního výkonového NPN tranzistoru 1. Hodnota proudu 16 je-nastavena omezovacim odporem 11 a musí být dostatečně vysoká, aby zabezpečila saturaci pro daný výstupní proud, který musí být sepnut výstupním výkonovým NPN tranzistorem 1, který nyní pracuje v inverzním módu.

V zapnutém stavu se záporným napětím na zátěži 8., je NPN tranzistor 3 buzen výstupním proudem 14 z budicího obvodu 5 a zajišťuje proud 16 do báze výstupního výkonového NPN tranzistoru i. Hodnota proudu 16 je nastavena omezovacim odporem 11. Výstupní výkonový tranzistor 2 nyní pracuje v dopředném módu a je v saturaci, když je napětí na jeho bázi vyšší než napětí na jeho kolektoru, který je na potenciálu substrátu. Záporné napětí na. spínacím obvodu v zapnutém stavu je tak určeno saturačním napětím NPN výkonového tranzistoru iVe druhém případě, ve vypnutém stavu s kladným napětím na zátěži 8., z budícího obvodu 6 neteče žádný proud, takže spínací obvod je ve vypnutém stavu. Díky možnosti záporného napětí na výstupním uzlu 7, není možné připojit zemnící odpor mezi bázi výkonového NPN s potenciálem substrátu. V tranzistoru i a svorku 17 tomto uspořádání je výkonový tranzistor 1 namáhán na své průrazné napětí kolektor-emitor s plovoucí bází. Toto průrazné napětí je poměrně nízké. Za účelem zvýšení průrazného napětí je vytvořena smyčka s odporem 10. PNP tranzistorem 4 a NPN tranzistorem 2. Tato smyčka přepíná výkonový NPN tranzistor i ze stavu, ve kterém je báze plovoucí, do stavu, v němž je báze uzemněna, pro napětí na výstupním uzlu 7 vyšší než průrazné napětí kolektor-emitor s plovoucí bází NPN tranzistoru i v inverzním módu.

Protože referenční napětí z uzlu 9 na bázi PNP tranzistoru

A je o víc než lVbe (Vbe PNP tranzistoru 4) nižší než průrazné napětí kolektor-emitor výkonového tranzistoru i s plovoucí bází v inverzním módu, začíná protékat odporem 10 a PNP tranzistorem 4 proud 15., jestliže napětí na výstupním uzlu 7 je vyšší než referenční napětí na uzlu 9 plus Vbe tranzistoru 4. Tento proud 15 aktivuje tranzistor 2, který připojí bázi tranzistoru i na potenciál substrátu na svorce 17, takže průrazné napětí kolektor-emitor pro inverzní mód výkonového tranzistoru 1 se zvýší. Tranzistor 2 pracuje v inverzním módu. Je-li napětí na výstupním uzlu 7 nižší než referenční napětí na uzlu 9. plus Vbe tranzistoru 4, pak je smyčka nečinná.

Ve vypnutém stavu se záporným napětím na zátěži 8., neteče z budícího obvodu 5 žádný proud, takže spínací obvod je ve vypnutém stavu. Spínací obvod může být namáhán až do záporného napětí na výstupním uzlu 7, jehož hodnota je dána průrazným napětím kolektor-emitor výkonového NPN tranzistoru' 1, v dopředném modu.

Jestliže jé spínací obvod ve vypnutém stavu a je-li na výstupním uzlu 7 kladné napětí, dostatečně vysoké pro aktivaci smyčky (prvky 10., 4,2) a vyskytují-li se na uzlu 7 rychlé změny napětí z kladné na zápornou hodnotu, může náboj akumulovaný v bázi tranzistoru 2 způsobit, že se spínač stane dočasně částečně vodivý pro záporná výstupní napětí. Za účelem vyloučení této možnosti je mezi bázi výkonového tranzistoru 1 a bázi NPN tranzistoru 2 zapojen odpor 13.

Je nutné ocenit, že i když bylo detailně popsáno pouze jedno zvláštní vytvoření vynálezu, může být odborníkem v daném oboru vytvořeno mnoho modifikací a zlepšení, aniž by šla mimo rámec uváděného vynálezu.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Výkonový spínací obvod sestávající z výkonového spínacího NPN tranzistoru, který má kolektor připojený ke svorce s referenčním potenciálem a emitor k výstupní svorce, z budicího obvodu, majícího vstup připojený k napájecí svorce a budící proudový výstup k bázi výkonového tranzistoru, z PNP tranzistoru, majícího emitor spojený s výstupní svorkou, bázi se svorkou referenčního napětí, na kterou je při provozu přiváděno napětí, které je kladné vzhledem k referenčnímu potenciálu a jehož kolektor je spojen s bázi NPN tranzistoru, kde tento NPN tranzistor má kolektor připojený ke kolektoru výkonového tranzistoru a emitor k bázi tohoto výkonového tranzistoru.

   Výkonový spínací obvod podle nároku 1, kde referenční napěťová svorka při provozu zajišťuje napětí menší než průrazné napětí kolektor - emitor výkonového tranzistoru v inverzním módu.
2. 3. Výkonový spínací obvod podle nároku 1 nebo 2, dále obsahující budící NPN tranzistor, který má kolektor spojený s napájecí svorkou, emitor spojený s bází výkonového tranzistoru - a bázi spojenou s výstupem budícího proudu
3. 4 budícího obvodu.

   4. Výkonový spínací obvod v souladu s jakýmkoli předchozím nárokem, který je v integrované formě na substrátu a svorka referenčního potenciálu je spojena s tímto substrátem tak, že při používání je referenční potenciál totožný s potenciálem substrátu.