PL189219B1

PL189219B1 - Sposób i układ ochrony przed udarem w stanie nieustalonym

Info

Publication number: PL189219B1
Application number: PL98337284A
Authority: PL
Inventors: Martti Sairanen; Mikko Kaijarvi
Original assignee: Lexel Finland Ab Oy; Oy Lexel Finland Ab
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2005-07-29
Also published as: ATE215756T1; WO1998059420A1; FI972456A0; NO996095L; EP0988702A1; DE69804613D1; DK0988702T3; ES2175718T3; PL337284A1; NO323900B1; FI972456A; RU2208290C2; NO996095D0; DE69804613T2; EP0988702B1; FI107662B

Abstract

1. Sposób ochrony przed udarem w stanie nieustalonym zespolu tranzystora polowego stosowanego jako przelacznik, polegajacy na tym, ze monitoruje sie napiecie na zespole tran- zystora polowego, zwlaszcza, gdy zespól tran- zystora polowego znajduje sie w stanie nie przewodzenia i wykrywa sie udary w stanie nieustalonym, a gdy napiecie na zespole tranzy- stora polowego przekracza ustalona wartosc progowa zespól tranzystora polowego przelacza sie w stan przewodzenia, znamienny tym, ze w nastepstwie udaru w stanie nieustalonym (Utra) zespól tranzystora polowego (1, 5) przelacza sie w stan czesciowego przewodzenia, napiecie (UF ) na zespole tranzystora polowego (1, 5) ograni- cza sie, reguluje sie prad (IF) i powoduje sie przeplyw udaru w stanie nieustalonym (Utra) przez zespól tranzystora polowego (1, 5) bez uszkodzenia go. FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ ochrony przed udarem w stanie nieustalonym.

Udar elektryczny w stanie nieustalonym to udar przepięciowy i/lub udar prądowy, którego wartość maksymalna może przekraczać 500 woltów i/lub 200 amperów, przy czym w najgorszym przypadku udar w stanie nieustalonym może trwać kilka mikrosekund. Duży zasób energii udaru może łatwo zniszczyć tranzystor połowy (FET - Field Effect Transistor).

Wspomniany wyżej problem występuje powszechnie w przypadku stosowania tranzystorów polowych jako przełączników w regulatorach światła. Napięcie sieci zasilającej albo

189 219 inne napięcie zmienne jest przyłożone do jednej elektrody zespołu tranzystorów polowych, a do drugiej elektrody zespołu jest dołączone obciążenie.

Stosowany w rozwiązaniach dotyczących przełączania, tranzystor połowy składa się zazwyczaj z dużej liczby małych elementów tranzystora polowego (mikroukładów), uformowanych w postaci jednej struktury półprzewodnikowej i połączonych równolegle. W takim rozwiązaniu właściwości przełączania i obciążalność prądowa tranzystora polowego są znacznie lepsze niż w przypadku jednoelementowego tranzystora polowego.

Jednakże, nagłe udary o dużej mocy mogą zniszczyć nawet taki tranzystor połowy, jeżeli pojawiają się one w czasie gdy tranzystor znajduje się w stanie nieprzewodzenia. Na ogół proces niszczenia rozpoczyna się od przebicia lawinowego w jednym z elementów tranzystora polowego, które następnie rozchodzi się na inne elementy. A gdy zostanie zniszczony jakiś punkt tranzystora polowego, tranzystor nie działa juz poprawnie.

Jednym ze znanych elementów stosowanych do ochrony układu albo podzespołu elektronicznego przed udarami w stanie nieustalonym jest przeciwudarowa dioda Zenera (TAZ Transient Absorbing Zener), którą dołącza się do chronionego układu albo podzespołu. Jednakże, charakterystyka napięciowa takiej diody Zenera narasta względnie wolno i dioda Zenera nie nadąża za szybkim udarem w stanie nieustalonym. Oznacza to, że przeciwudarowa dioda Zenera nie działa w zamierzony sposób, szczególnie w połączeniu z tranzystorem polowym. Tranzystor polowy zostaje zniszczony zanim dioda Zenera zacznie przewodzić i umożliwi przepływ udaru w stanie nieustalonym przez tranzystor polowy.

Zastosowanie zespołu tranzystorów polowych jako przełącznika zostało ujawnione w zgłoszeniu patentowym FI 945095. Prąd obciążenia płynie od drenu do źródła, co najmniej jednego, tranzystora polowego. Przy czym tranzystor połowy jest sekwencyjnie przełączany od stanu przewodzenia do stanu nieprzewodzenia, za pomocą napięcia przyłożonego do bramki tranzystora, w ciągu połowy okresu napięcia zmiennego. W takim rozwiązaniu udary w stanie nieustalonym mogą przedostawać się z sieci zasilającej do obciążenia, np. do regulatora światła. Wyłączenie lampy fluoroscencyjnej również może spowodować udary przepięciowe. Udary w stanie nieustalonym o dosyć dużej amplitudzie mogą zniszczyć zespół tranzystora polowego.

Z opisu patentowego EP 0528 668 jest znany układ przełączania złożony z tranzystorów bipolarnych typu lawinowego, zaopatrzony w urządzenie zabezpieczające przed udarami występującymi w napięciu systemowym dostarczanym z dołączanego źródła energii elektrycznej. Urządzenie to zawiera czujnik napięciowy monitorujący napięcie systemowe i wytwarzający sygnał wykrycia udaru oraz układ przetwarzający ten sygnał i wytwarzający sygnał sterowania, który przełącza tranzystory lawinowe w stan przewodzenia.

W opisie patentowym PL 168 233 jest ujawniony sposób i układ sterowania elementu przełączającego w postaci tranzystora mocy MOS, przez ograniczenie mocy rozpraszanej w nim. Gdy napięcie na elemencie przełączającym przekracza uprzednio określoną wartość, prąd płynący przez ten element maleje tak, żeby nie została przekroczona maksymalna wartość mocy elementu przełączającego.

Podobnie w układzie do zabezpieczania tranzystora polowego przed przepięciami, ujawnionym w opisie patentowym JP 02025107, wzrost napięcia na elemencie przełączającym do określonej wartości powoduje spadek prądu płynącego przez ten element do wartości bliskiej zeru a tranzystor polowy przechodzi w stan całkowitego przewodzenia.

Z opisu patentowego PL 175 091 jest znany sposób zabezpieczania pracy tranzystora mocy typu MOS pracującego jako przełącznik. Po wykryciu przebiegu nieustalonego tranzystor jest wprowadzony w stan całkowitego przewodzenia przez podanie odpowiedniego sygnału sterującego, kiedy zostanie przekroczona uprzednio określona wartość graniczna napięcia zasilania. W przypadku przekroczenia uprzednio określonej wartości prądu płynącego przez tranzystor, zostaje on wysterowany do stanu nieprzewodzenia.

Celem wynalazku jest ujawnienie nowego sposobu i układu ochrony tranzystora polowego przed udarem w stanie nieustalonym, w szczególności tranzystora polowego pracującego jako przełącznik.

Sposób ochrony przed udarem w stanie nieustalonym zespołu tranzystora polowego stosowanego jako przełącznik, polegający na tym, ze monitoruje się napięcie na zespole tranzystora

189 219 polowego, zwłaszcza, gdy zespół tranzystora polowego znajduje się w stanie nie przewodzenia i wykrywa się udary w stanie nieustalonym, a gdy napięcie na zespole tranzystora polowego przekracza ustaloną wartość progową zespół tranzystora polowego przełącza się w stan przewodzenia, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że w następstwie udaru w stanie nieustalonym zespół tranzystora polowego przełącza się w stan częściowego przewodzenia, napięcie na zespole tranzystora polowego ogranicza się, reguluje się prąd i powoduje się przepływ udaru w stanie nieustalonym przez zespół tranzystora polowego, bez uszkodzenia go.

Układ ochrony przed udarem w stanie nieustalonym zespołu tranzystora polowego stosowanego jako przełącznik, który zawiera zespół monitorowania napięcia na zespole tranzystora polowego, wykrywający udary w stanie nieustalonym, oraz zespół obniżania napięcia wywołanego przez udar w stanie nieustalonym na zespole tranzystora polowego, przez przełączenie zespołu tranzystora polowego w stan przewodzenia, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że zespół obniżania napięcia obniża napięcia wywołane przez udar w stanie nieustalonym do wartości napięcia sterującego, przełączającego zespół tranzystora polowego w stan częściowego przewodzenia, powodując takie ograniczenie napięcie na zespole tranzystora polowego oraz wyregulowanie prądu płynącego przez zespół tranzystora polowego, żeby przepływ udaru w stanie nieustalonym przez zespół tranzystora polowego nie uszkodził go.

Zespół monitorowania napięcia zawiera dwie połączone szeregowo, ale przewodzące w przeciwnych kierunkach diody, na których monitoruje się napięcie występujące na zespole tranzystora polowego.

Korzystnie, zespół obniżania napięcia zawiera diodę Zenera.

Korzystnie, do diody Zenera zespołu obniżania napięcia jest dołączony stopień wzmacniacza sterującego zespołem tranzystora polowego.

Korzystnie, układ zawiera ponadto zespół ochrony przeciwzwarciowej, złożony z przełącznika ochrony przeciwzwarciowej i zespołu sterującego przełącznikiem ochrony przeciwzwarciowej, oraz zawiera zespół sterujący wyłączaniem zespołu ochrony przeciwzwarciowej przed przełączeniem zespołu tranzystora polowego w stan przewodzenia.

Zespół sterujący zawiera przełącznik w postaci tranzystora polowego, który jest sterowany napięciem wyjściowym zespołu obniżania napięcia, zwłaszcza diody Zenera.

Zaletą stosowania sposobu według wynalazku jest to, że ochronę przeciwudarową tranzystora polowego można zrealizować prosto i skutecznie. Niniejszy wynalazek umożliwia niezawodną ochronę zespołu tranzystora polowego przed udarem w stanie nieustalonym w taki sposób, ze udar nie niszczy przełącznika z tranzystorem polowym. Tranzystor polowy wytrzymuje setki, a nawet tysiące występujących od czasu do czasu udarów w stanie nieustalonym.

Zaletą układu według wynalazku jest to, że wymaga on tylko kilku dodatkowych podzespołów elektronicznych. Układ ochronny mieści się w małej przestrzeni i dlatego nadaje się do stosowania, szczególnie z tranzystorami polowymi sterującymi zasilaniem prądem przemiennym w regulatorach światła.

Przedmiot wynalazku, w przykładach realizacji, jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ ochrony tranzystora polowego, pracującego jako przełącznik, przed udarem w stanie nieustalonym, w schemacie blokowym; fig. 2a - przebieg udaru w stanie nieustalonym U,ra na tle wyprostowanego napięcia zasilającego Uv, na wykresie; fig. 2b - przebieg napięcia Ul na obciążeniu, którym jest regulator światła, na wykresie; fig. 3 - układ ochrony pary tranzystorów polowych przed udarami w stanie nieustalonym, w schemacie blokowym fig. 4 - drugi przykład realizacji układu ochrony pary tranzystorów polowych przed udarem w stanie nieustalonym, z układem przeciwzwarciowym, w schemacie elektrycznym, zaś fig. 5 przedstawia przebiegi napięć w układzie według fig. 4, na wykresie.

Przedstawiony na fig. 1 schemat dotyczy ochrony przeciwudarowej tranzystora polowego zastosowanego jako przełącznik w regulatorze światła, używanym jako zespół sterowania oświetleniem. Przełącznik stanowi, co najmniej jeden, tranzystor połowy.

Wyprostowane napięcie przemienne Uv, (fig. 2a) z sieci zasilającej albo z innego źródła prądu przemiennego, jest przyłożone, poprzez zespół tranzystora polowego 1 pracującego jako przełącznik, do obciążenia oświetlenia L. Przełącznik stosuje się do sterowania mocą prądu przemiennego płynącego przez obciążenia L.

189 219

Obciążenie L zostaje dołączone, za pomocą zespołu sterującego 2 zespołu tranzystora polowego 1, do sieci zasilającej w momencie t (licząc od początku półokresu) półokresu T/2 napięcia sieci Uv (fig. 2b). Moc elektryczna oddawana do obciążenia L wzrasta w miarę przesuwania momentu t, tj. sprowadzania jej bliżej początku półokresu. Odpowiednio, obciążenie L zostanie odłączone od sieci, gdy moment t wystąpi przy końcu półokresu, kiedy napięcie sieci wynosi 0. Z przebiegu napięcia Ul na obciążeniu L wynika, że zespół tranzystora polowego 1 znajduje się w stanie nieprzewodzenia w przedziałach czasu od 0 do t oraz od T/2 do T/2+t, natomiast w stanie przewodzenia zespół tranzystora polowego 1 znajduje się w przedziałach czasu od t do T/2 oraz od T/2+t do T.

Jeżeli udar w stanie nieustalonym Utra wystąpi na napięciu sieci Uv w czasie, w którym zespół tranzystora polowego 1 znajduje się w stanie nieprzewodzenia (czyli w przedziałach czasu od 0 do t oraz od T/2 do T/2+t), udar zniszczy go. Aby temu zapobiec, układ z fig. 1 jest wyposażony w układ ochrony przed udarem w stanie nieustalonym według wynalazku. Układ ten zawiera zespół monitorowania napięcia 3 do monitorowania napięcia Uf na zespole tranzystora polowego 1 i do obserwowania szybko narastającego udaru w stanie nieustalonym Utra (fig. 2a), zespół obniżania napięcia 4 do obniżania szybko narastającego udaru w stanie nieustalonym Utra i do spowodowania, żeby udar zadziałał jako napięcie sterujące U_g(, (fig. 3) zespołu tranzystora polowego 1. To napięcie sterujące Ugo przełącza zespołu tranzystora polowego 1 w stan częściowego przewodzenia, w następstwie wystąpienia udaru w stanie nieustalonym Utra- Gdy udar spowoduje wzrost napięcia Uf na zespole tranzystora polowego 1 ponad ustaloną wartość progową Uk, zespół tranzystora polowego 1 przełączy się w stan nieprzewodzenia, co spowoduje przepływ udaru w stanie nieustalonym Utra przez zespół tranzystora polowego 1. Napięcie Uf na zespole tranzystora polowego 1 zostaje ograniczone, a prąd If płynący przez tranzystor wyregulowany. W ten sposób udar w stanie nieustalonym Utra nie niszczy zespołu tranzystora polowego 1, a duża ilość energii udaru w stanie nieustalonym Utra płynie przez zespół tranzystora polowego 1 w sposób kontrolowany. Wartość progową napięcia Uk określa się odpowiednio do własności zespołu tranzystora polowego 1, głównie odpowiednio do tolerancji napięciowej zespołu tranzystora polowego 1, określonej przez producenta.

W przykładzie wykonania układu ochrony zespołu tranzystora polowego 5 przed udarem w stanie nieustalonym Utra, przedstawionym na fig. 3, zespół tranzystora polowego 5 zawiera dwa tranzystory polowe 5a, 5b, których kanały kolektora - drenu D i emitera - źródła S są połączone szeregowo w znany sposób. Zwykle sterowanie zespołem tranzystora polowego 5 przeprowadza się za pomocą zespołu sterującego 6 przez doprowadzenie sygnałów sterujących do baz G tranzystorów polowych 5a, 5b (fig. 3, 4). Napięcie sieci Uv albo inne źródło zasilania prądu przemiennego jest dołączone do końcówki wejściowej zespołu tranzystora polowego 5, a obciążenie L jest dołączone do końcówki wyjściowej zespołu tranzystora polowego 5. Zespół monitorowania napięcia 7 jest włączony między końcówkę wejściową a końcówkę wyjściową zespołu tranzystora polowego 5, zwykle pomiędzy drenami D tranzystorów polowych 5a i 5b.

Zespół monitorowania napięcia 7 (fig. 3) zawiera dwie diody 7a, 7b połączone szeregowo, katodami do siebie. Napięcie Uf na zespole tranzystora polowego 5 jest monitorowane między anodami połączonych diod 7a, 7b. Zespół obniżania napięcia 8 zawiera diodę Zenera 9, która jest włączona pomiędzy punktem połączenia katod diod 7a i 7b zespołu monitorowania napięcia 7 a punktem połączenia bramek G tranzystorów polowych 5a, 5b zespołu tranzystora polowego 5. Ponadto wspólny punkt diody Zenera 9 i bramek G tranzystorów polowych 5a, 5b jest połączony, poprzez rezystor 10, z ziemią.

Działanie układu przeciwudarowego (fig. 3) do ochrony zespołu tranzystora polowego 5 złożonego z pary tranzystorów polowych 5a, 5b jest następujące. Gdy silny udar w stanie nieustalonym Utra (fig· 2a) pojawi się w tej połowie okresu napięcia zasilającego Uv, w której tranzystory polowe 5a, 5b, pracujące jako przełączniki, znajdują się w stanie nie przewodzenia, udar przepięciowy spowoduje duży wzrost napięcia na zespole tranzystora polowego 5 oraz na zespole monitorowania napięcia 7. Oznacza to, ze napięcie na katodach diod 7a i 7b gwałtownie wzrośnie i przekroczy ustaloną wartość progową Uk, na przykład 400 V. Zespół obniżania napięcia 8, tj. dioda Zenera 9, obniża udar w stanie nieustalonym Utra wykryty przez zespół monitorowania napięcia 7, korzystnie do około jednej setnej pierwotnej wartości,

189 219 na przykład do 4 V. Takie napięcie wyjściowe Ugo na anodzie diody Zenera 9 jest w stanie nawet bezpośrednio sterować tranzystorami polowymi 5a, 5b zespołu tranzystora polowego 5. Oba tranzystory polowe 5a, 5b przełączają się w stan przewodzenia. Napięcie sterujące Ugo z zespołu obniżania napięcia 8, w tym przypadku z diody Zenera 9, jest tak dobrane, że gdy udar w stanie nieustalonym Utra przekroczy pewną wartość graniczną Uk, na bramkach G tranzystorów polowych 5a, 5b zespołu tranzystora polowego 5 pojawia się napięcie sterujące Ugo, wystarczające do ich otwarcia. W tym rozwiązaniu wartość graniczną Uk ustala się przez wybór diody Zenera 9 o odpowiednim napięciu progowym.

Zespół monitorowania napięcia 7 reaguje bardzo szybko. Nadąża on za stromymi udarami w stanie nieustalonym Utra tak, że tranzystory polowe 5a, 5b zespołu tranzystora polowego 5 przełączają się w stan przewodzenia natychmiast po przekroczeniu przez udar w stanie nieustalonym Utra wartości progowej napięcia Uk i przekazaniu impulsu sterującego do bramek G tranzystorów polowych 5a, 5b, poprzez zespół obniżania napięcia 8. Tak więc, energię udaru w stanie nieustalonym Utra można przeprowadzić przez zespół tranzystora polowego 5 bez jego uszkodzenia, zwłaszcza bez uszkodzenia elementów tranzystora polowego.

Gdy tranzystory polowe stosuje się jako przełączniki w regulatorze światła, korzystne jest użycie wraz z nimi zespołu ochrony przeciwzwarciowej. Takie rozwiązanie, będące drugim przykładem wykonania układu do ochrony przed udarami w stanie nieustalonym jest przedstawione na fig. 4. Układ ten zawiera również zespół ochrony przeciwzwarciowej.

W zastosowaniu pokazanym na fig. 4 elementy odpowiadające elementom z fig. 3 są oznaczone tymi samymi liczbami. Zespół tranzystora polowego 5 zawiera parę tranzystorów polowych 5a, 5b. W tym zastosowaniu układ ochrony przed udarami w stanie nieustalonym oprócz zespołu monitorowania napięcia 7 i zespołu obniżania napięcia 8 zawiera wzmacniacz 11, na którego wejście jest doprowadzone napięcie z anody diody Zenera 9 zespołu obniżania napięcia 8. Wzmacniacz 11 jest ponadto połączony, poprzez mostek diodowy 12, z bramkami G tranzystorów polowych 5a, 5b zespołu tranzystora polowego 5.

Zespół ochrony przeciwzwarciowej zawiera: przełącznik ochrony przeciwzwarciowej 15, zespół sterujący 16 przełącznikiem ochrony przeciwzwarciowej 15 i układ pomiaru prądu obciążenia 17. Zespół sterujący 16 wykrywa zwarcia (nagłe duże wzrosty prądu na obciążeniu L, które przekraczają ustaloną wartość graniczną prądu). Przełącznik ochrony przeciwzwarciowej 15 otwiera się na podstawie informacji o zwarciu z zespołu sterującego 16. Ten z kolei steruje bramką G zespołu tranzystora polowego 5, powodując jego zamknięcie, przez co obciążenie L zostaje odłączane od prądu. Przełącznik ochrony przeciwzwarciowej 15, w tym przykładzie wykonania, jest tranzystorem polowym. Mostek diodowy 12 jest elementem sterowania zarówno ochrony przeciwudarowej jak i ochrony przeciwzwarciowej, dla bramek G zespołu tranzystora polowego 5.

Układ ochrony przeciwudarowej, przedstawiony na fig. 4, zawiera również zespół sterujący 13 wyłączaniem zespołu ochrony przeciwzwarciowej. W tym przykładzie wykonania zespół sterujący 13 zawiera przełącznik w postaci tranzystora polowego 14, który jest sterowany niskim napięciem z diody Zenera 9 zespołu obniżania napięcia 8, tj. tym samym napięciem, którym jest sterowany wzmacniacz 11. Przełącznik w postaci tranzystora polowego 14 zespołu sterującego 13 jest dołączony do wejścia sterującego przełącznika ochrony przeciwzwarciowej 15 oraz do wyjścia zespołu sterującego 16 przełącznikiem ochrony przeciwzwarciowej 15. Opóźnienie spowodowane przez wzmacniacz 11 wykorzystuje się do włączenia przełącznika ochrony przeciwzwarciowej 15 przed przełączeniem zespołu tranzystora polowego 5 w stan przewodzenia.

Działanie układu według wynalazku podczas udaru w stanie nieustalonym jest przedstawione na wykresach napięć U i prądów I w funkcji czasu t, na fig. 5. Na wykresie tym Ug oznacza napięcie sterujące bramką G zespołu tranzystora polowego 5, Uf - napięcie na zespole tranzystora polowego 5, natomiast If - prąd płynący przez zespół tranzystora polowego 5. W tym przykładzie wykonania, zespół tranzystora polowego 5 w chwili 0 znajduje się w stanie nieprzewodzenia (podobnie jak zespół z fig. 1 w przedziale czasu od T/2 do T/2+t). Kiedy pojawi się nagły udar w stanie nieustalonym, napięcie Uf na zespole tranzystora polowego 5 zaczyna wzrastać podobnie jak prąd If, zespół sterujący ochroną przeciwzwarciową 16 wykrywa prąd If przekraczający ustaloną wartość graniczną prądu zwarcia w chwili tj i przełącza

189 219 przełącznik ochrony przeciwzwarciowej 15 w stan przewodzenia. Powoduje to, że napięcie Ug sterujące bramką G zespołu tranzystora polowego 5 zmniejsza się do wartości bliskiej zeru i zespół tranzystora polowego 5 przełącza się w stan nieprzewodzenia. Prąd If przestaje płynąć przez zespół tranzystora polowego 5, ale udar w stanie nieustalonym powoduje, że napięcia Uf na zespole tranzystora polowego 5 ciągle wzrasta. Gdy to napięcie Uf osiągnie w chwili t2 ustaloną wartość graniczną UFoik (na przykład 400 V), napięcie wyjściowe zespołu obniżania napięcia 8, tj. napięcie diody Zenera 9, wzrośnie dostatecznie, aby spowodować, że zespół sterujący 13 wyłączaniem zespołu ochrony przeciwzwarciowej otworzy przełącznik 14. W rezultacie zespół ochrony przeciwzwarciowej zostanie wyłączony. Napięcie sterujące przełącznikiem ochrony przeciwzwarciowej 15 zostanie zmniejszone, na przykład przez zwarcie go z ziemią, co spowoduje zamknięcie przełącznika ochrony przeciwzwarciowej 15. Napięcie Uf będzie ciągle wzrastać i w chwili t3 osiągnie kolejną ustaloną wartość progową Uk (na przykład 450 V), co spowoduje, że zespół tranzystora polowego 5 zostanie przełączony, przez zespół obniżania napięcia 8 oraz wzmacniacz 11, w stan przynajmniej częściowego przewodzenia. Napięcie Ug sterujące bramką G zespołu tranzystora polowego 5 trochę się zwiększa, do wartości około 2-5 V. Prąd If płynący przez zespół tranzystora polowego 5 rośnie szybko w przedziale czasowym t2-t3, ponieważ zespół ochrony przeciwzwarciowej został wyłączony. W pobliżu chwili t3 prąd If osiąga punkt kulminacyjny, po czym przez zespół tranzystora polowego 5 płynie tylko kontrolowany, względnie stały prąd If. Jednocześnie, ale coraz wolniej, rośnie napięcie Uf na zespole tranzystora polowego 5 i osiąga ustaloną wartość maksymalną UFmax (fig. 5) około 500 V, która odpowiada wartości maksymalnej udaru w stanie nieustalonym, choć jest znacznie mniejsza niż udar. Następnie, napięcie Uf zaczyna się zmniejszać. Gdy napięcie Uf zmniejszy się w chwili t4 poniżej wartości granicznej UFoik, napięcie wyjściowe zespołu obniżania napięcia 8, tj. napięcie diody Zenera 9, spadnie do wartości niewystarczającej do sterowania zespołem sterującym 13 wyłączaniem zespołu ochrony przeciwzwarciowej. W konsekwencji przełącznik 14 zostaje zamknięty. Reaktywuje to zespół ochrony przeciwzwarciowej. Przełącznik ochrony przeciwzwarciowej 15 odzyskuje swoje napięcie sterujące z zespołu sterującego 16 i przełącznik ochrony przeciwzwarciowej 15 zostaje otwarty. Napięcie Ug na bramce G zespołu tranzystora polowego 5 spada do zera i zostaje on przełączony w stan nieprzewodzenia. Zespół tranzystora polowego 5 pozostaje w stanie nieprzewodzenia, a napięcie Uf nie powraca do niskiej wartości, ale od chwili t5 pozostaje zgodne z wejściowym wyprostowanym napięciem zasilającym Uv zespołu tranzystora polowego 5.

189 219

U

L

FIG. 3

OUv

FIG. 4

189 219

FIG. 5

189 219

FIG. 2b

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób ochrony przed udarem w stanie nieustalonym zespołu tranzystora polowego stosowanego jako przełącznik, polegający na tym, że monitoruje się napięcie na zespole tranzystora polowego, zwłaszcza, gdy zespół tranzystora polowego znajduje się w stanie nie przewodzenia i wykrywa się udary w stanie nieustalonym, a gdy napięcie na zespole tranzystora polowego przekracza ustaloną wartość progową zespół tranzystora polowego przełącza się w stan przewodzenia, znamienny tym, że w następstwie udaru w stanie nieustalonym (Utra) zespól tranzystora polowego (1, 5) przełącza się w stan częściowego przewodzenia, napięcie (Uf) na zespole tranzystora polowego (1, 5) ogranicza się, reguluje się prąd (If) i powoduje się przepływ udaru w stanie nieustalonym (Utra) przez zespół tranzystora polowego (1, 5) bez uszkodzenia go.

2. Układ ochrony przed udarem w stanie nieustalonym zespołu tranzystora polowego stosowanego jako przełącznik, który zawiera zespół monitorowania napięcia na zespole tranzystora polowego, wykrywający udary w stanie nieustalonym, oraz zespół obniżania napięcia wywołanego przez udar w stanie nieustalonym na zespole tranzystora polowego, przez przełączenie zespołu tranzystora polowego w stan przewodzenia, znamienny tym, że zespół obniżania napięcia (4, 8) obniża napięcia wywołane przez udar w stanie nieustalonym (Utra) do wartości napięcia sterującego (Ugo) przełączającego zespół tranzystora polowego (1, 5) w stan częściowego przewodzenia, powodując takie ograniczenie napięcie (Uf) na zespole tranzystora polowego (1, 5) oraz wyregulowanie prądu (If) płynącego przez zespół tranzystora polowego (1,5) aby przepływ udaru w stanie nieustalonym (Utra) przez zespół tranzystora polowego (1, 5) nie uszkodził go.

3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że zespół monitorowania napięcia (7) zawiera dwie połączone szeregowo ale przewodzące w przeciwnych kierunkach diody (7a, 7b), na których monitoruje się napięcie (Uf) na zespole tranzystora polowego (1, 5).

4. Układ według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że zespół obniżania napięcia (8) zawiera diodę Zenera (9).

5. Układ według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, ze do diody Zenera (9) zespołu obniżania napięcia (8) jest dołączony stopień wzmacniacza (11) sterującego zespołem tranzystora polowego (5).

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, ze zawiera ponadto zespół ochrony przeciwzwarciowej, złożony z przełącznika ochrony przeciwzwarciowej (15) i zespołu sterującego przełącznikiem ochrony przeciwzwarciowej (16), oraz zawiera zespół sterujący (13) wyłączaniem zespołu ochrony przeciwzwarciowej przed przełączeniem zespołu tranzystora polowego (5) w stan przewodzenia.

7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że zespół sterujący (13) zawiera przełącznik w postaci tranzystora polowego (14), który jest sterowany napięciem wyjściowym zespołu obniżania napięcia (8), zwłaszcza diody Zenera (9).