ITPZ20130007U1 - Current limiter auto off transistor (claot). - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DI MODELLO DI UTILITÀ’

CURRENT LlMITER AUTO OFF TRANSISTOR (CLAOT).

Campo di applicazione: Qualsiasi sistema elettrico o elettronico che richiede la protezione del dispositivo erogatore di corrente e/o del carico applicato.

Stato dell’Arte: Circuiti elettronici di protezione e limitazione di corrente basati su elementi a semiconduttore.

Problema tecnico: Nei tipici circuiti elettronici di limitazione di corrente accade che in presenza di un corto circuito sui morsetti di uscita si ha la semplice “limitazione” della corrente. Questo comporta che tutta la potenza erogata deve essere dissipata dal dispositivo erogatore di corrente con la conseguenza della sua facile rottura. Molte applicazioni richiedono la totale protezione sia del carico e sia del dispositivo erogatore di corrente. Tale protezione non è sempre garantita dalla semplice “limitazione” di corrente.

Soluzione del problema tecnico: La protezione totale sia del carico sia del circuito erogatore di corrente si ottiene banalmente effettuando la veloce “interruzione” dell’erogazione di corrente. Integrando i componenti attivi che formano il CLAOT si ottiene un unico componente elettronico erogatore di corrente che con semplici ed economici soluzioni circuitali implementa la protezione da sovracorrenti e/o cortocircuiti.

Descrizione di una o più forme di attuazione: Attualmente l' interruzione” della corrente si ottiene con circuiti passivi quali fusibili oppure con complessi circuiti attivi a semiconduttore. I fusibili comportano problematiche dovute alla loro lentezza di intervento, i circuiti attivi a semiconduttore attuali sono complessi, costosi e non sempre efficaci.

Descrizione dei disegni: La figura principale che rappresenta il presente modello di utilità è la Fig.l dal titolo “NPN Current Limiter Auto-Off Transistor”.

Tale figura è costituita da tre disegni:

Fig.l A è il circuito elettrico base che dà origine al componente CLAOT.

Fig.l B è il simbolo schematico che rappresenta il CLAOT.

Fig.l C è un esempio del circuito applicativo i cui componenti devono essere dimensionati in base alla funzionalità desiderata dell’applicazione stessa,

Le restanti figure: Fig.2, Fig.3, Fig.4, Fig.5 , Fig.6, Fig.7, Fig.8; sono relative alle varianti funzionali del presente modello di utilità.

Funzionamento: Il circuito elettronico del CLAOT è visibile in [Fig.l A]. Il circuito è formato da tre elementi base standard a semiconduttore: un transistor di potenza Ql, un transistor di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il componente erogatore di corrente del CLAOT è il transistor [Fig.l A-Ql]; esso è nello stato di ON quando sulla sua base è presente una tensione positiva. I componenti del CLAOT che si occupano di implementare la protezione elettronica sono il transistor [Fig.lA-Q2] e il tiristore [Fig.l A-SC1]. L’insieme di questi tre componenti elettronici base collegati come in [Fig.l A] danno origine a un nuovo componente elettronico il cui simbolo schematico è visibile in [Fig.l B] ed è caratterizzato dai 4 terminali o nodi esterni: C, E, B e K.

Il circuito applicativo che dimostra la funzionalità del CLAOT è visibile in [Fig.lC], Applicando la tensione di alimentazione [Fig.l C-VC] e la tensione di pilotaggio [Fig.l C-VB] il CLAOT si trova nella condizione di ON e una corrente attraversa sia il carico [Fig.lC-LOAD], sia il transistor [Fig.lA-Ql] sia la resistenza [Fig.lC-Rl], Finché la caduta di tensione sulla resistenza [Fig.lC-Rl] è inferiore a 0,7 Volt il transistor [Fig.lA Q2] è nella condizione di OFF e di conseguenza anche il tiristore [Fig.lA-SCl] è in condizione di OFF; in questa situazione il carico è normalmente alimentato. Indicando con Imax la massima corrente che si vuole erogare al carico, dimensioniamo la resistenza [Fig.lC-Rl] nel seguente modo: R1 = 0,7 / Imax.

Quando, per un qualsiasi guasto, la corrente del carico supera la Imax, la caduta di tensione ai capi della resistenza [Fig.lC-Rl] supera i 0,7 Volt necessari per mandare in conduzione il transistor [Fig.lA-Q2]. Questo genera il trigger che attiva in maniera fissa il tiristore [Fig.lA-SCl], che a sua volta abbassa il potenziale della base del transistor [Fig.lA-Ql] implementando il suo spegnimento. Questa è la condizione di protezione del CLAOT che in pratica si spegne automaticamente togliendo del tutto corrente al carico. Il CLAOT rimarrà in condizione di protezione finché sarà presente la tensione di pilotaggio [Fig.lC-VB]. Per ripristinare la condizione iniziale di normale funzionamento bisogna togliere e rimettere la tensione di pilotaggio [Fig.lC-VB] in modo tale da spegnere il tiristore [Fig.lA-SCl], Applicazione industriale: Industrialmente il circuito può essere realizzato con componenti standard già esistenti e utilizzato in una qualsiasi applicazione dove è richiesta la protezione da sovracorrente e cortocircuito a mezzo della veloce interruzione dell’erogazione di corrente.

Lo scopo del presente modello di utilità è quello di integrare, anche su silicio, i tre componenti Q1 Q2 e SC1 in modo tale da formare una nuova famiglia di componenti elettronici denominati CLAOT; in questo modo si avrebbe un sistema più economico e di semplice utilizzo rispetto a quello realizzato con componenti separati. Infine il CLAOT può essere integrato direttamente su silicio a corredo di circuiti integrati complessi giàesistenti per proteggere tutti i terminali di uscita da sovracorrente e cortocircuito.

Vantaggi; Il vantaggio principale del presente modello di utilità è quello di ottenere una funzionalità completa e veloce di protezione da sovracorrente e da corto circuito direttamente integrata nel componente erogatore di corrente; infatti aggiungendo ad un transistor di potenza Q1 un transistor di segnale Q2 e un tiristore SCI si ottiene il nuovo componente denominato CLAOT che può essere facilmente realizzato in otto varianti funzionali adatte alle più svariate esigenze circuitali. Il circuito si presta alla possibile integrazione in altri dispositivi elettronici a circuito integrato esistenti (tipo microprocessori, microcontrollori, dsp, logiche programmabili, driver di potenza, ecc..) per implementare la protezione da sovracorrente e cortocircuito di tutti i terminali di uscita, al fine di rendere tali dispositivi quasi indistruttibili.

Varianti: Una variante circuitale del CLAOT è quella di [Fig.2], Realizzando un componente a 5 terminali è possibile inserire una rete di ritardo che consente di ritardare l’intervento di protezione elettronica; vedi ad esempio il circuito applicativo di [Fig.2C], La presenza della resistenza [Fig.2C-Rd] e del condensatore [Fig.2C-Cd] ritardano l’accensione del transistor [Fig.2A-Q2], Questa variante è di utilità per tutte quelle applicazioni che non gradiscono un intervento di protezione istantaneo.

Le altre varianti circuitali riguardano la sostituzione dei componenti di tipo NPN con quelli di tipo PNP, NMOS e PMOS. Anche la funzionalità di tali varianti è semplice ed intuitiva similmente a quella della versione principale.

La presenza delle varianti consente di realizzare una nuova famiglia di componenti a semiconduttore veramente “completa” e utile per soddisfare le molteplici esigenze di protezione elettronica da sovracorrente e cortocircuito.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Un nuovo dispositivo elettronico NPN erogatore di corrente denominato “NPN CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.lB] caratterizzato da 4 nodi esterni denominati B, C, E e K. Lo “NPN CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un transistor npn di potenza darlington Ql, un transistor npn di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 4 nodi esterni B, C, E e K su menzionati. Il nodo B si ottiene unendo la base di Ql con il collettore di Q2 e l’anodo di SCI. Il nodo C si ottiene direttamente dal collettore dì Ql. Il nodo E si ottiene unendo fra loro l’emettitore di Ql e la base di Q2. Il nodo K si ottiene direttamente dal Catodo di SCI. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra l’emettitore di Q2 e il gate di SCI. La figura [Fig.lA] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati fra loro come indicato in precedenza allo scopo di ottenere i 4 nodi B,C,E,K. Il collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “NPN CLAOT”. Infatti con questo unico componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti. In figura [Fig.lC] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo dello “NPN CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LOAD grazie al semplice collegamento delle due resistenze RI e R2 opportunamente dimensionate.
2. 2) Un nuovo dispositivo elettronico NPN erogatore di corrente denominato “DELAYED NPN CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.2B] caratterizzato da 5 nodi esterni denominati B, C, E, B2 e K. Il “DELAYED NPN CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un transistor npn di potenza darlington Ql, un transistor npn di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 5 nodi esterni B, C, E, B2 e K su menzionati. Il nodo B si ottiene unendo la base di Q1 con il collettore di Q2 e l’anodo di SCI. Il nodo C si ottiene direttamente dal collettore di Ql. Il nodo E si ottiene direttamente dall’ emettitore di Ql. Il nodo B2 si ottiene direttamente dalla base di Q2. II nodo K si ottiene direttamente dal Catodo di SCI. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra l’emettitore di Q2 e il gate di SCI. La figura [Fig.2A] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati fra loro come indicato in precedenza allo scopo di ottenere i 5 nodi B, C, E, B2, K. II collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “DELAYED NPN CLAOT”. Infatti con questo unico componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti con tempo di ritardo dell’intervento. In figura [Fig.2C] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo del “DELAYED NPN CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LO AD grazie al semplice collegamento delle due resistenze RI e R2 opportunamente dimensionate. II ritardo dell’intervento di protezione invece si ottiene tramite la resistenza Rd e il condensatore Cd.
3. 3) Un nuovo dispositivo elettronico PNP erogatore di corrente denominato “PNP CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.3B] caratterizzato da 4 nodi esterni denominati B, A, E e C. Il “PNP CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un transistor pnp di potenza darlington Ql, un transistor pnp di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 4 nodi esterni B, A, E e C su menzionati. Il nodo B si ottiene unendo la base di Ql con il catodo di SCI. Il nodo A si ottiene unendo l’anodo di SCI con l’emettitore di Q2. Il nodo E si ottiene unendo l’emettitore di Ql con la base di Q2. Il nodo C si ottiene direttamente dal collettore di Ql. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra il collettore di Q2 e il gate di SCI. La figura [Fig.3A] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati fra loro come indicato in precedenza allo scopo di ottenere i 4 nodi B, A, E, C. Il collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “PNP CLAOT”. Infatti con questo unico componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti. In figura [Fig.3C] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo del “PNP CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LO AD grazie al semplice collegamento delle tre resistenze RI, R2 e R3 opportunamente dimensionate.
4. 4) Un nuovo dispositivo elettronico PNP erogatore di corrente denominato “DELAYED PNP CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.4B] caratterizzato da 5 nodi esterni denominati B, A, B2, E e C. Il “DELAYED PNP CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un transistor pnp di potenza darlington Ql, un transistor pnp di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 5 nodi esterni B, A, B2, E e C su menzionati. Il nodo B si ottiene unendo la base di Ql con il catodo di SCI. Il nodo A si ottiene unendo l’anodo di SCI con l’emettitore di Q2. Il nodo B2 si ottiene direttamente dalla base di Q2. Il nodo E si ottiene direttamente dall’emettitore di Ql. II nodo C si ottiene direttamente dal collettore di Ql. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra il collettore di Q2 e il gate di SCI . La figura [Fig.4A] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati fra loro come indicato in precedenza allo scopo dì ottenere i 5 nodi B, A, B2, E, C. Il collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “DELAYED PNP CLAOT”. Infatti con questo unico Rivendicazioni per Modello di Utilità dal titolo: Current Limiter Auto Off Transistor (CLAOT) componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti con tempo di ritardo dell’intervento. In figura [Fig.4C] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo del “DELAYED PNP CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LO AD grazie al semplice collegamento delle tre resistenze RI, R2 e R3 opportunamente dimensionate. Il ritardo dell’intervento di protezione invece si ottiene tramite la resistenza Rd e il condensatore Cd.
5. 5) Un nuovo dispositivo elettronico NMOS erogatore di corrente denominato “NMOS CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.5B] caratterizzato da 4 nodi esterni denominati G, D, S e K. Lo “NMOS CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un mosfet a canale n di potenza Ql, un transistor npn di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 4 nodi esterni G, D, S e K su menzionati. Il nodo G si ottiene unendo il gate di Ql con il collettore di Q2 e l’anodo di SCI. Il nodo D si ottiene direttamente dal drain di Ql. Il nodo S si ottiene unendo fra loro il source di Ql e la base di Q2. Il nodo K si ottiene direttamente dal Catodo di SCI. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra l’emettitore di Q2 e il gate di SCI. La figura [Fig.5A] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati fra loro come indicato in precedenza allo scopo di ottenere i 4 nodi G, D, S, K. Il collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’ arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “NMOS CLAOT”. Infatti con questo unico componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti. In figura [Fig.5C] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo del “NMOS CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LO AD grazie al semplice collegamento delle due resistenze RI e R2 opportunamente dimensionate.
6. 6) Un nuovo dispositivo elettronico NMOS erogatore di corrente denominato “DELAYED NMOS CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.6B] caratterizzato da 5 nodi esterni denominati G, D, S, B2 e K. Il “DELAYED NMOS CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un mosfet a canale n di potenza Ql, un transistor npn di segnale Q2 e un tiristore SCI . Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 5 nodi esterni G, D, S, B2 e K su menzionati. Il nodo G si ottiene unendo il gate di Ql con il collettore di Q2 e l’anodo di SCI. Il nodo D si ottiene direttamente dal drain di Ql. Il nodo S si ottiene direttamente dal source di Ql. Il nodo B2 di ottiene direttamente dalla base di Q2. Il nodo K si ottiene direttamente dal Catodo di SCI. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra Temettitore di Q2 e il gate di SCI. La figura [Fig.6A] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati fra loro come indicato in precedenza allo scopo di ottenere i 5 nodi G, D, S B2, K. Il collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “DELAYED NMOS CLAOT”. Infatti con questo unico componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti con tempo di ritardo delTintervento. In figura [Fig.óC] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo del “DELAYED NMOS CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LOAD grazie al semplice collegamento delle due resistenze RI e R2 opportunamente dimensionate. Il ritardo delTintervento di protezione invece si ottiene tramite la resistenza Rd e il condensatore Cd.
7. 7) Un nuovo dispositivo elettronico PMOS erogatore di corrente denominato “PMOS CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.7B] caratterizzato da 4 nodi esterni denominati G, A, S e D. Il “PMOS CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un mosfet a canale p di potenza Ql, un transistor pnp di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 4 nodi esterni G, A, S e D su menzionati. II nodo G si ottiene unendo il gate di Q1 con il catodo di SCI. Il nodo A si ottiene unendo l’anodo di SCI con remettitore di Q2. Il nodo S si ottiene unendo fra loro il source di Q1 e la base di Q2. Il nodo D si ottiene direttamente dal drain di Ql. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra il collettore di Q2 e il gate di SCI. La figura [Fig.7A] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati fra loro come indicato in precedenza allo scopo di ottenere i 4 nodi G, A, S, D. Il collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “PMOS CLAOT”. Infatti con questo unico componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti. In figura [Fig.7C] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo del “PMOS CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LO AD grazie al semplice collegamento delle tre resistenze RI, R2 e R3 opportunamente dimensionate.
8. 8) Un nuovo dispositivo elettronico PMOS erogatore di corrente denominato “DELAYED PMOS CLAOT” il cui simbolo schematico è rappresentato in [Fig.8B] caratterizzato da 5 nodi esterni denominati G, A, B2, S e D. Il “DELAYED PMOS CLAOT” è ottenuto collegando fra loro i seguenti tre componenti base a semiconduttore: un mosfet a canale p di potenza Ql, un transistor pnp di segnale Q2 e un tiristore SCI. Il collegamento dei tre componenti deve essere effettuato allo scopo di formare i 5 nodi esterni G, A, B2, S e D su menzionati. II nodo G si ottiene unendo il gate di Ql con il catodo di SCI. Il nodo A si ottiene unendo l’anodo di SCI con l’emettitore di Q2. Il nodo B2 si ottiene direttamente dalla base di Q2. Il nodo S si ottiene direttamente dal source di Ql. Il nodo D si ottiene direttamente dal drain di Ql. Lo schema si completa effettuando un collegamento interno fra il collettore di Q2 e il gate di SCI. La figura [Fig.8A] mostra i tre componenti Ql, Q2 e SCI collegati ira loro come indicato in precedenza allo scopo di ottenere i 5 nodi G, A, B2, S, D. Il collegamento fra i tre componenti Ql, Q2 e SCI così effettuato pur non rappresentando una novità dello stato dell’arte diventa estremamente utile se considerato come unico componente denominato appunto “DELAYED PMOS CLAOT”. Infatti con questo unico componente si potrebbe creare con estrema semplicità un circuito di protezione contro le sovracorrenti e/o cortocircuiti con tempo di ritardo delTintervento. In figura [Fig.8C] è rappresentato un possibile schema elettrico di utilizzo del “PMOS CLAOT” dove si ottiene la protezione del carico LO AD grazie al semplice collegamento delle tre resistenze RI, R2 e R3 opportunamente dimensionate. Il ritardo dell’intervento di protezione invece si ottiene tramite la resistenza Rd e il condensatore Cd.
9. 9) Un nuovo dispositivo elettronico erogatore di corrente denominato CLAOT realizzato nelle seguenti 8 varianti: NPN, DELAYED NPN, PNP, DELAYED PNP, NMOS, DELAYED NMOS, PMOS, DELAYED PMOS; ottenuto partendo da un transistor o mosfet di potenza aggiungendo, anche direttamente su silicio, un transistor di segnale e un tiristore opportunamente collegati come descritto nelle rivendicazioni da 1) a 8) allo scopo di ottenere soluzioni circuitali semplici ed economiche di protezione da sovracorrente e/o cortocircuito. Le soluzioni denominate DELAYED hanno in aggiunta la possibilità di effettuare un ritardo dell’intervento di protezione.
10. 10) L’integrabilità del dispositivo CLAOT, nelle sue 8 varianti, direttamente su silicio per proteggere da sovracorrenti e/o cortocircuiti i terminali di uscita di circuiti integrati già esistenti.