FI82328B - Hoegspaenningsskydd foer en utgaongskrets. - Google Patents

Description

1 82328

Antopiirin suurjännitesuojaus Tämän keksinnön kohteena on suojauspiiri signaalinkäsittelyjärjestelmää varten, joka käsittää ulostuloliit-5 timen, jossa voi esiintyä suurjännitehäiriötransientteja, ja puolijohdelaitteen, Joka on herkkä vaurioitumaan suur-jännitetransienttien aiheuttamasta sähköisestä rasituksesta, johon suojauspiiriin kuuluu yhtä johtavuus tyyppiä oleva normaalisti johtava ensimmäinen transistori, jossa on 10 ensimmäinen sisäänmenoelektrodi (kanta) kytkettynä puoli-johdelaitteeseen, pieni-impedanssinen toinen elektrodi (emitter!) kytkettynä ulostuloliittimeen ja kolmas elektrodi (kollektori) kytkettynä ensimmäiseen toimintapoten-tiaaliin ja jossa toinen elektrodi (emitter!) määrittää 15 ensimmäisen transistorin päävirran johtamistien, ensimmäisen transistorin ollessa normaalisti toiminnassa signaalien kytkemiseksi puolijohdinlaitteesta ulostuloliittimeen.

Puolijohdelaitteen, kuten esimerkiksi transistorin, 20 vaurioittamiseen kykenevät suurjännitetransientit voivat kehittyä eri tavoilla. Televisiovastaanottimessa, mukaanlukien kuvan tuottavan kuvaputken, esimerkiksi tällaiset transientit voivat kehittyä, kun suurjännitekuvaputken läpilyönti tapahtuu. Transientit voivat olla suuruudeltaan, 25 napaisuudeltaan ja kestoajaltaan riittäviä vaurioittamaan tai tuhoamaan transistorit, jotka ovat vastaanottimen signaalin käsittelypiireissä, kuten esimerkiksi saavuttamalla transistorien läpilyöntiestojännitteen ja aiheuttamalla liiallisen korkeatasoisten liitos virtojen virtaamisen. Tä-30 mä vaikutus havaitaan tyypillisesti, kun suurjännitetransientit indusoituvat virtapiirin pisteessä tai liittimessä, joihin transistorit ovat kytketyt, ja on erityisen hankala järjestelmässä, joka käsittää integroidun piirin, joka käsittää herkkiä, matalatasoista signaalia käsittele-35 viä transistoripiirejä. Liiallisen transientin indusoimat 2 82328 virrat voivat tuhota transistorin puolijohdeliitokset ja voivat aiheuttaa transistorin virtavahvistusominaisuuden pysyvän heikkenemisen.

Erilaisia suojaus järjestelyjä voidaan käyttää suur-5 jännitetransienttien vaikutusten poistamiseksi.

Napaisuudeltaan soveliaita puolijohdediodeja voidaan käyttää virtapiirin pisteissä transienttien ohikytke-miseksi pois suojattavista herkistä transistoripiireistä. Tätä tarkoitusta varten voidaan tarvita diodeja, jotka 10 ovat valmistetut ei-standardeilla menettelytavoilla tai kokoonpanoilla. Diodit, joilla on nämä vaatimukset, ovat usein ei toivottuja, erityisesti integroidussa virta-pii-ristössä, koska nämä vaatimukset tekevät integroidun piirin valmistusprosessin monimutkaiseksi. Joka tapauksessa 15 on varmistauduttava huolella siitä, että diodeilla on riittävä tehohäivökyky kestää transientteihin liittyvä sähköinen rasitus tuhoutumatta ja että tällaiset diodit yksinään tai yhdessä, minkä tahansa liitetyn kynnystason ilmaisevan etupiirin kanssa, ei heikennä suojattavien sig-20 naalipiirien haluttuja impedanssiominaisuutta tai suurtaa-juustoistoa.

Voidaan myös käyttää vastus- tai impedanssilaittei-ta, jotka ovat erityisesti suunniteltu vaimentamaan suuri-jännitetransientteja. Kuitenkin tällaiset laitteet voivat 25 olla liian kalliita tai muulla tavoin epäkäytännöllisiä rakenteellisesta näkökulmasta katsottuna monissa piiriso-vellutuksissa ja voivat heikentää signaalin käsittelypii-rien, joiden yhteydessä niitä käytetään, impedanssin omi-naiskäyrää ja suurtaajuustoistoa.

30 Myös on käytetty aktiivitransistori-suojauspiiriä yhdessä tuntotoimpedanssin kanssa, joka on kytketty sekä virtapiirin pisteeseen, jossa suurjännitetransientteja voi esiintyä, että virtapiiriin, jota suojataan. Tällä järjestelyllä suojaustransistori toimii transientin indusoimien 35 virtojen ohjaamiseksi pois piiristä, jota suojataan, kun 3 82328 suojaustransistori on aktivoitu vasteena johtamiskynnys-jännitteelle, joka kehittyy tuntoimpedanssin yli. Tämä järjestely ei ole toivottavaa, kun sitä käytetään suojaamaan signaalin käsittelypiiriä, koska tuntoimpedanssi 5 muuttaa suojattavan, signaalia käsittelevän piirin kanssa muulla tavoin liittynyttä impedanssia ja voi myös vaimentaa suurtaajuussignaaleja, jotka normaalisti esiintyvät virtapiirin pisteessä, muodostamalla alipäästösuodattimen yhdessä minkä tahansa loiskapasitanssin kanssa, joka voi 10 esiintyä virtapiirin pisteessä.

Tämän keksinnön mukaan järjestetty transienttisuo-jauspiiri välttää yllämainitut haitat ja on erityisen sopiva tehtäväksi integroituun piiriin, joka myös sisältää piirin, jota suojataan. Erityisesti tässä kuvattu suojaus-15 piiri huolehtii suojasta sekä positiivisen että negatiivisen napaisuuden omaavia suurijännitetransientteja vastaan, häiritsemättä suojatun virtapiirin haluttuja signaalin käsittelyominaisuuksia (s.o. suurtaajuuden toistokäyrää tai impedanssin ominaiskäyrää).

20 Tämän keksinnön mukaiselle suojapiirille on tun nusomaista, että ensimmäiseen transistoriin nähden vastakkaista johtavuustyyppiä olevasta toisesta, normaalisti ei-johtavasta, transistorista, jossa on ensimmäinen elektrodi (kanta) kytkettynä ensimmäisen transistorin ensimmäiseen 25 elektrodiin (kanta), pieni-impedanssinen toinen elektrodi (emitteri) kytkettynä ensimmäisen transistorin toiseen elektrodiin (emitteri) ja ulostuloliittimeen ja kolmas elektrodi (kollektori) kytkettynä toiseen toimintapotenti-aaliin (maa), ja jossa toinen elektrodi (emitteri) määrit-30 tää toisen transistorin päävirran johtamistien, toisen transistorin ollessa johtava transienteille, jotka esiintyvät ulostuloliittimessä ja joilla on ensimmäinen napaisuus, asianomaisten transienttivirtojen suuntaamiseksi toiseen toimintapotentiaaliin (maahan) toisen transistorin 35 päävirtatien kautta, ja siitä, että ensimmäinen transis- 4 82328 tori suuntaa napaisuudeltaan vastakkaisiin suurjännite-transientteihin liittyvät virtatransientit ensimmäiseen toimintapotentiaaliin ensimmäisen transistorin päävirta-tien kautta.

5 Piirustus esittää osaa televisiovastaanottimesta, sisältäen piirin, joka käsittää tämän keksinnön mukaisen suojapiirin.

Luminanssisignaalit lähteestä 10 ja värikkyyssig-naalit lähteestä 12 syötetään väritelevisiovastaanottimeen 10 sisältyvän luminanssi- ja värikkyyssignaaliprosessorin 15 erillisiin signaalin sisäänmenoliittimiin 13 ja 14. Prosessori 15 (s.o. integroitu piiri) yhdistää luminanssi- ja värikkyyssignaalit, kuten tunnettua, r, g ja b värikuva-signaalien kehittämiseksi ulostuloliittimissä 21, 22 ja 15 23, vastaavasti. Värisignaalit vahvistetaan kuvaputken oh- jausvahvistimilla 24, 25 ja 26, jotka aikaansaavat korkean tason vahvistetut värivideosignaalit R, G ja B värikuva-putken 30 erillisille voimakkuuden säädön katodielektro-deille. Toimintajännitteen jännitelähde 35 kehittää joukon 20 toimintajännitteitä kuvaputkelle 30. Nämä jännitteet kä sittävät suurjännitteen aina 25 000 voltista, kuvaputken 30 anodielektrodin esijännittämistä varten, ja jännitteitä aina muutamaan sataan volttiin saakka, kuvaputken 30 muiden elektrodien esijännittämistä varten (s.o. katodia, 25 suojahilaa ja tarkennuselektrodeja varten).

Prosessori 15 käsittää ulostuloliittimiin 21, 22 ja 23 kytketyt antopiirit, jotka voivat vaurioitua tai tuhoutua, jos suurjännite esiintyy näillä liittimillä. Televisiovastaanottimessa tällaisen suurjännitteen primääriläh-30 teenä on transientit, jotka ovat aiheutuneet kuvaputken läpilyönnistä. Kuvaputken läpilyönti voi tapahtua suurjän-niteanodielektrodin ja vastaanottimen rungon välillä, kun esimerkiksi vastaanotinta huolletaan. Kuvaputken läpilyönti voi myöskin tapahtua ennakolta arvaamattomasti, kuva-35 putken anodin ja yhden tai useamman toisen (alemman poten- 5 82328 tiaalin) elektrodin välillä, kun vastaanotin on normaalissa toiminnassa. Joka tapauksessa kuvaputken läpilyönti johtaa suurjännitetransienttiin, joka on luonteeltaan värähtelevä, positiivisen ja negatiivisen jännitepiikin 5 usein noustessa sataan volttiin piirin liittimissä ja jonka kestoaika on yhdestä useampaan mikrosekunttiin.

Todennäköisyys sille, että puolijohdepiirilaitteet vaurioituvat tai tuhoutuvat suurjännitetransienteista, kasvaa, kun sellaiset piirit sijoitetaan suurjänniteläh-10 teiden ja liityvien suurjännitetransienttien mahdollisuuden läheisyyteen. Tässä prosessorin 15 signaalin ulostulo-liittimet ovat kytketyt kuvaputken ohjausvahvistimiin 24-26, jotka syöttävät suurjänniteantosignaaleja kuvaputken 30 katodielektrodeille. Kuvaputkiohjaimet 24-26 luon-15 teenomaisesti esijännitetään suurjännitesyötöstä (s.o.

+ 230 volttia) kuten esim. voidaan huolehtia syötöllä 35, joka myös syöttää suuria ja erittäin suuria toimintajännitteitä kuvaputkelle 30, kuten aikaisemmin mainittiin.

Prosessori 15 sisältää joukon signaalia käsittele-20 viä piirejä, vastaavien värisignaalien syöttämiseksi ulos-tuloliittimiin 21 - 23. Osa signaalin käsittelystä ja an-tokytkentäpiiristä, jotka liittyvät punaiseen (r) värisig-naaliin, kytkettynä liittimeen 21, esitetään käsittävän transistorit 40, 44, 45 ja vastuksen 41 järjestettynä ku-25 vatulla tavalla. Samalla tavalla järjestettynä signaalin käsittely ja antokytkentäpiirit liittyvät g ja b signaalin ulostuloliittimiin 22 ja 23.

Transistori 40 käsittää pienjännitteisen, pienitehoisen signaalivahvistintransistorin, vahvistettujen sig-30 naalien kehittämiseksi kollektori-kuomitusvastuksen 41 yli. Transistori 40 on herkkä vaurioitumaan tai tuhoutumaan, jos suurten transienttijännitteiden kuten sellaisten, jotka voivat indusoitua kuvaputken läpilyönnissä ulostuloliittimessä 21, sallitaan päästä transistoriin 40. 35 Tällaiset transientit (usein suurempia kuin 100 volttia 6 82328 huipusta huippuun amplitudiltaan) voivat myös vaurioittaa tai tuhota kuormitusvastuksen 41, kun transistori 40 ja vastus 41 muodostetaan samassa integroidussa piirissä, koska pienelle alueelle integroidun piirin vastukset tyy-5 pillisesti eivät voi nopeasti poistaa suurta määrää lämpö-energiaa, kuten esimerkiksi sellaista, joka on liittyneenä indusoituneiden virtojen suureen transienttiin.

Signaalitransistori 40 ja vastus 41 suojataan suurten transienttijännitteiden vaikutuksilta NPN transistorin 10 44 ja PNP transistorin 45 käsittävällä virtapiirillä.

Transistori 44 on normaalisti johtavassa tilassa signaalin käsittelyä varten ja on järjestetty emitteriseuraajaksi kytkemään ulostulosignaalit transistorilta 40 liittimeen 21 pienellä emitteri-ulostuloimpedanssilla. Seurantatran-15 sistorin 44 emitter! on palautettu maan vertailupotentiaa-liin kuormitusvastuksen 51 kautta, joka on sijoitettu integroidun piirin prosessorin 15 ulkopuolelle. Sijoittamalla vastus 51 prosessorin 15 ulkopuolelle halutaan pienentää integroidun piirin prosessorin 15 lämpenemistä sen 20 johdosta, että teho poistetaan vastuksella 51. Vastus 51 voitaisiin sisällyttää kuitenkin prosessoriin 15. Seuran-tatransistorin kollektori on kytketty suoraan positiivisen DC toimintapotentiaalin +VCC jännitelähteeseen.

PNP transistorin 45 kanta- ja pieni-impedanssinen 25 emitterielektrodi ovat suoraan kytketyt NPN transistorin 44 vastaaviin kanta- ja pieni-impedanssiseen emitterielek-trodiin. Transistorin 45 kollektori on suoraan kytketty maan vertailupotentiaaliin. Normaalissa toimintatilassa PNP transistorin 45 kanta-emitteriliitoksen esijännite 30 aikaansaadaan suoraan normaalisti johtavan transistorin 44 kantaemitteriliitoksen jännitteestä. Siten signaalikäsit-telyn normaalin toiminnan aikana PNP transistorin kanta-emitteriliitos on estosuuntaisesti esijännitetty jännitteellä, joka kehittyy transistorin 44 myötäesijännitetyn 35 kanta-emitteriliitoksen yli. Tämän mukaisesti PNP transis- 7 82328 tori 45 on normaalisti ei-johtava ja sillä ei ole mitään vaikutusta signaaleihin, jotka johdetaan ulostuloliitti-meen 21 vahvistintransistorin 40 ja seurantatransistorin 44 kautta.

5 Virrat liittyneinä negatiiviseen suuntaan kulkeviin

suurijännitetransientteihin, jotka esiintyvät liittimessä 21, johdetaan NPN transistorilla 44, joka huolehtii virta-tiestä tällaisten transienttivirtojen suuntaamiseksi pois signaalivahvistintransistorista 40. Transientin indusoimat 10 virrat tässä tiessä virtaavat toimintapotentiaalin +VCC

jännitelähteestä, transistorin 44 kollektoriemitteritien ja liittimen 21 läpi, transienttijännitteen lähteeseen. PNP transistori 45 pysyy ei-johtavana negatiivisten transienttien johdosta.

15 Positiiviseen suuntaan kulkeva suurijännitetran- sientti liittimellä 21 aiheuttaa PNP transistorin 45 tulemisen myötäesijännitteiseksi, jolloin johtava transistori 45 aikaansaa virtatien, positiivisten transsienttien in-dusoimien virtojen ohjaamiseksi pois signaalitransistoris- 20 ta 40. Tässä tapauksessa transientin indusoimat virrat suunnataan maahan transistorin 45 emitteri-kollektoritien kautta. Myös transistorin 45 kantavirta kasvaa verrannollisena transistorin 45 paljon suuremman transientin indusoimaan emitterivirtaan, aiheuttaen NPN transistorin 44 25 kantajännitteen kasvamisen verrannollisesti. Jos transis tori 44 kantajännite tulee tarpeeksi suureksi myötäesijännittämään transistorin 44 kanta-kollektoriliitoksen on seurauksena lisätie transientin indusoiman virran suuntaamiseksi. Tämä tie käsittää PNP transistorin 45 emitteri-30 kantaliitoksen, NPN transistorin 44 myötäesijännitetyn kanta-kollektoriliitoksen ja +Vcc jännitelähteen. Mikä tahansa virta, joka johdetaan jälkimmäisessä tiessä, on huomattavasti pienempi kuin transientin indusoima virta suunnattuna maahan PNP transistorin 45 emitteri-kollekto-35 ritien kautta.

8 82328

Kuvattuun suojapiiriin tarvitaan edullisesti muutama komponentti ja transistorien 44 ja 45 ei tarvitse olla suuria tai suuritehoisia laitteita. Siten suojapiiriä käytetään edullisesti integroidussa piirissä, jolla on ra-5 joitettu käytettävissä oleva tila. Transistorit 44 ja 45 esittävät luonnostaan itserajoittavan transienttivirran johtamisen, johtaessaan suurjännitetransienttien seurauksena. Tällainen luonnostaan rajoitettu transienttivirran johtaminen johtuu transistorien 44 ja 45 jakautuneista 10 kollektorivastuksista ja sallii transistorien 44 ja 45 käytön konventionaalisten kanta-emitteriliitosmuotojen kanssa. Lisäksi suojapiiri ei muuta prosessorin 15 anto-taajuustoistoa tai antoimpedanssia normaalille signaalin käsittelylle. Mitä jälkimmäiseen tulee seurantatransistori 15 44 normaalisti aikaansaa antosignaalit pienellä impedans silla kuvaputken ohjaimen 24 sisäänmenovaatimusten mukaisesti, samalla kun se myös huolehtii suojauksesta negatiivisten suurijännitetransienttien läsnäollessa.

Transistorit 44 ja 45 voivat olla rakenteeltaan 20 konventionaalisia. Esimerkiksi kuvaputken läpilyöntiin liittyvien suurjännitetranssienttien tapauksessa jännite-transientit indusoituvat ulostuloliittimeen 21 tehollisesti suuren impedanssin läpi, joka yhdessä transistorien 44 ja 45 pienten impedanssien kanssa tuottaa huomattavasti 25 vaimennetun jännitetransientin liittimeen 21. Kuitenkin mahdollisesti tuhoavat, suuret virrat ovat tyypillisesti liittyneinä tällaisiin transientteihin. Kuten aikaisemmin mainittiin transistorien 44, 45 johtamat transienttlvirrat rajoitetaan suuruudeltaan näiden transistorien luonnostaan 30 hajotetuilla kollektorivastuksilla. Lisäksi suuriin tran-sienttivirtoihin liittyvän lämpöenergian transistorit 44 ja 45 voivat kestää, koska konventionaalisen transistorin suhteellisen suuri kollektorialue auttaa tällaisen lämpö-energian jakamisen ei-tuhoavasti.

35 Kuvattu suojapiiri on käyttökelpoinen suojaamaan » 82328 minkä tahansa puolijohdelaitteen (s.o. käsittäen transistorit, diodit ja vastukset, erityisesti integroidussa piirissä), jolla on suhteellisen pieni pinta-alallinen muoto, ja joka on kykenemätön luotettavasti poistamaan tai ra-5 joittamaan energian suuria määriä, jotka esimerkiksi voivat liittyä suurjännitetransientteihin.

Claims (6)

10 82328

1. Suojauspiiri signaalinkäsittelyjärjestelmää varten, joka käsittää ulostuloliittimen (21), jossa voi 5 esiintyä suurjännitehäiriötransientteja, ja puolijohde-laitteen (40), joka on herkkä vaurioitumaan suurjännite-transienttien aiheuttamasta sähköisestä rasituksesta, johon suojauspiiriin kuuluu yhtä johtavuustyyppiä oleva normaalisti johtava 10 ensimmäinen transistori (44), jossa on ensimmäinen sisään-menoelektrodi (kanta) kytkettynä puolijohdelaitteeseen (40), pieni-impedanssinen toinen elektrodi (emitteri) kytkettynä ulostuloliittimeen (21) ja kolmas elektrodi (kol-lektori) kytkettynä ensimmäiseen toimintapotentiaaliin 15 (+VCC) ja jossa toinen elektrodi (emitteri) määrittää en simmäisen transistorin (44) päävirran johtamistien, ensimmäisen transistorin (44) ollessa normaalisti toiminnassa signaalien kytkemiseksi puolijohdinlaitteesta (40) ulostuloliittimeen (21), tunnettu 20 ensimmäiseen transistoriin (44) nähden vastakkaista johtavuustyyppiä olevasta toisesta, normaalisti ei-johta-vasta, transistorista (45), jossa on ensimmäinen elektrodi (kanta) kytkettynä ensimmäisen transistorin (44) ensimmäiseen elektrodiin (kanta), pieni-impedanssinen toinen elek-25 trodi (emitteri) kytkettynä ensimmäisen transistorin (44) toiseen elektrodiin (emitteri) ja ulostuloliittimeen (21) ja kolmas elektrodi (kollektori) kytkettynä toiseen toimintapotentiaaliin (maa), ja jossa toinen elektrodi (emitteri) määrittää toisen transistorin (45) päävirran johta-30 mistien, toisen transistorin (45) ollessa johtava transienteille, jotka esiintyvät ulostuloliittimessä (21) ja joilla on ensimmäinen napaisuus, asianomaisten transient-tivirtojen suuntaamiseksi toiseen toimintapotentiaaliin (maahan) toisen transistorin (45) päävirtatien kautta, ja 35 siitä, että 11 82328 ensimmäinen transistori (44) suuntaa napaisuudeltaan vastakkaisiin suurjännitetransientteihin liittyvät virtatransientit ensimmäiseen toimintapotentiaaliin (+VCC) ensimmäisen transistorin (44) päävirtatien kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojauspiiri, tunnettu siitä, että ensimmäisen transistorin ensimmäinen (kanta) ja toinen (emitteri) elektrodi määrittävät puolijohdeliitoksen, jolla normaalisti on esijännite, ja 10 toisen transistorin (45) ensimmäinen (kanta) ja toinen (emitteri) elektrodi määrittää puolijohdeliitoksen, jonka esijännite on normaalisti aikaansaatu alunperin esi-jännitteellä, joka kehittyy ensimmäisen transistorin (44) puolijohdeliitoksen yli, toisen transistorin (45) pitämi- 15 seksi normaalisti ei-johtavana.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suojauspiiri, tunnettu siitä, että ensimmäisen ja toisen transistorin ensimmäinen, toinen ja kolmas elektrodi vastaavasti vastaa kanta-, emitteri- ja kollektorielektrodia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen suojauspiiri, tunnettu siitä, että ensimmäinen transistori (44) on NPN transistori negatiivisen napaisuuden suurjännitetransientteihin liittyvien transienttivirtojen suuntaamiseksi, ja 25 toinen transistori (45) on PNP transistori positii visen napaisuuden suurjännitetransientteihin liittyvien transienttivirtojen suuntaamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojauspiiri, jossa on apuneuvo signaalien vastaanottamiseksi ulostulo- 30 liittimeltä, tunnettu emitteri-kuormitusimpedans- sista (51) ensimmäistä transistoria (44) varten, kytkettynä ulostuloliittimen (21) ja apuneuvon (24, 30) väliin.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojauspiiri signaalinkäsittelyjärjestelmää varten, joka muodostaa televi- 35 siovastaanottimen, jossa on i2 82328 kuvan toistava kuvaputki (30), joka on taipuvainen tuottamaan suurjännitetransientteja, jotka liittyvät kuvaputken läpilyöntiin, käyttöjänniteteholähde (35) sisältäen suurkäyttö-5 jännitteet kuvaputkea (30) varten, ja kuvaputken ohjausvahvistimen (24) ulostuloliitti-melle (21) kehitettyjen signaalien vahvistetun toisinnon syöttämiseksi kuvaputkella (30), tunnettu siitä, että 10 ensimmäinen transistori (44) on sovitettu emitteri- seuraajaksi signaalien kytkemiseksi ulostuloliittimeen (21). Il is 82328