SU752602A1

SU752602A1 - Apparatus for protecting control-element power-transistor from current overloads

Info

Publication number: SU752602A1
Application number: SU782655987A
Authority: SU
Inventors: Сергей Иванович Реморов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7133
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1980-07-30

Description

Изобретение относится к защите источников питания.The invention relates to the protection of power sources.

Известно устройство для защиты от перегрузок по току силового транэис- j тора регулирующего элемента, содержащее резисторный датчик тока, дополнительный транзистор защиты, резисторы и стабилитрон [1] .A device is known for protecting against overcurrent of a power transistor of a regulating element, comprising a resistor current sensor, an additional protection transistor, resistors and a zener diode [1].

Недостатком известного устройства jq является большое потребление мощности.A disadvantage of the known jq device is its high power consumption.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемому является устройство 15 для защиты от перегрузок потоку силового транзистора регулирующего элемента, содержащее резисторный датчик тока, параллельно которому включен вход двухкаскадного транзистор- 20 ного усилителя, выход которого включен между зажимом управления и выходным зажимом устройства, и резисторы [2J .The closest in technical solution and the achieved result to the proposed one is a device 15 for overload protection of the power transistor of a control element, comprising a resistor current sensor, in parallel with which the input of a two-stage transistor amplifier is connected, the output of which is connected between the control terminal and the output terminal of the device, and resistors [2J.

Недостатком этого устройства яв- 25 ляется большая рассеиваемая мощность в режиме короткого замыкания нагрузки, что снижает надежность защиты.The disadvantage of this device is the high power dissipation in the short circuit mode of the load, which reduces the reliability of the protection.

Цель изобретения - повышение надежности. 30The purpose of the invention is to increase reliability. thirty

Цель достигается тем, что устройство защиты снабжено конденсатором, диодами, стабилитроном и дополнительным транзистором, эмиттерколлекторный переход которого через резистор включен между базой первого транзистора двухкаскадного усилителя и выходным зажимом устройства, база дополнительного транзистора через резистор, конденсатор и первый •диод соединена с катодом стабилитрона, включенного в коллекторную цепь первого транзистора усилителя, причем катод первого диода соединен со входом второго каскада усилителя, а второй диод включен между выходным зажимом устройства и точкой соединения конденсатора и резистора в базовой цепи дополнительного транзистора.The goal is achieved in that the protection device is equipped with a capacitor, diodes, a zener diode and an additional transistor, the emitter collector transition of which through a resistor is connected between the base of the first transistor of the two-stage amplifier and the output terminal of the device, the base of the additional transistor is connected through the resistor, capacitor and the first diode to the zener diode, included in the collector circuit of the first transistor of the amplifier, the cathode of the first diode connected to the input of the second stage of the amplifier, and the second diode included is connected between the output terminal of the device and the connection point of the capacitor and resistor in the base circuit of the auxiliary transistor.

На чертеже приведена схема устройства защиты.The drawing shows a diagram of a protection device.

Устройство защиты содержит входную 1 и выходную 2 клеммы, включенные последовательно в одну из питающих шин, управляющую клемму 3, регулирующий элемент на транзисторах 4, 5 и 6 и каскад защиты, содержащий резисторный датчик 7 тока, соединенный одним выходом с коллектором вы ходного транзистора 4 регулирующего элемента, а другим - с выходной клеммой 1 устройства, входной транзистор 8 первого каскада защиты проводимости типа р-п-р, база которого через ограничивающий резистор 9 соединена с точкой, объединяющей коллектор выходного транзистора 4 регулирующего элемента и один из выводов резисторного датчика 7 тока, а коллектор через резистор 10 соединен ц катодом стабилитрона 11, анод которого соединен с выходной клеммой 2 устройства, и анодом первого развязывающего диода 12, катод которого через ограничивающий резистор 13 соединен с базой транзистора 14 второго каскада защиты, переход коллектор-эмиттер которого подключен соответственно между управляющей 3 и выходной 2 клеммами устройства, а через последовательно'соединенные конденсатор 15 и резистор 16 - к базе дополнительного транзистора 17, положительной обратной связи, коллектор которого через резистор 18 подключен к базе входного транзистора 8 каскада защиты, а второй развязывающий диод 19 катодом подключен к точке соединения конденсатора 15 и резистора 16, и катодом - к выходной клемме 2 устройства.The protection device contains input 1 and output 2 terminals connected in series to one of the supply buses, a control terminal 3, a control element on transistors 4, 5 and 6, and a protection cascade containing a resistor current sensor 7 connected to the collector of the output transistor 4 by one output a regulating element, and another, with the output terminal 1 of the device, the input transistor 8 of the first conductivity protection stage of the rpn type, the base of which is connected via a limiting resistor 9 to a point that connects the collector of the output transistor 4 of the regulator lining element and one of the terminals of the resistor current sensor 7, and the collector through the resistor 10 is connected to the cathode of the zener diode 11, the anode of which is connected to the output terminal 2 of the device, and the anode of the first decoupling diode 12, the cathode of which is connected through the limiting resistor 13 to the base of the transistor 14 of the second protection cascade, the collector-emitter junction of which is connected respectively between the control 3 and output 2 terminals of the device, and through series-connected capacitor 15 and resistor 16 to the base of the additional transistor 1 7, positive feedback, the collector of which through a resistor 18 is connected to the base of the input transistor 8 of the protection cascade, and the second decoupling diode 19 is connected to the junction point of the capacitor 15 and the resistor 16, and the cathode to the output terminal 2 of the device.

При отсутствии перегрузки по току транз.исторы 8, 14 и 17 каскада защиты заперты и и оказывают влияния на работу регулирующего элемента.In the absence of current overload, the transistors 8, 14 and 17 of the protection cascade are locked and affect the operation of the regulatory element.

Включение резисторного датчика 7 тока между точкой, объединяющей входную клемму 1 устройства и эмиттер первого согласующего транзистора 5 регулирующего элемета, и коллектором выходного транзистора 4 регулирующего элемента позволяет получить минимальное падение напряжения в силовой цепи, т.е. максимально возможный КПД систем»: составной транзистор-резисторный датчик тока, а наличие составного транзистора -максимальный коэффициент передачи базового тока.The inclusion of a resistor current sensor 7 between the point connecting the input terminal 1 of the device and the emitter of the first matching transistor 5 of the regulating element, and the collector of the output transistor 4 of the regulating element allows to obtain a minimum voltage drop in the power circuit, i.e. maximum possible efficiency of systems ”: a composite transistor-resistor current sensor, and the presence of a composite transistor is the maximum transmission coefficient of the base current.

При наличии перегрузки или короткого замыкания открывается входной транзистор 8 каскада защиты и образуется цепь питания баз транзисторов 14 и 17. Поскольку транзисторы 8 и 17 образуют двухкаскадный усилитель с положительной обратной связью, то при включении входного транзистора 3 каскада защиты происходит лавинообразный процесс переключения транзисторов 8, 14 и 17 из режима отсечки в режим насыщения, и следовательно, переключения транзисторов 4, 5 и 6 регулирующего элемента из активного режима в режим отсечки. Положительная обратная связь обеспечивает высокое быстродействие каскада защиты и надежное запирание транзисторов регулирующего элемента.If there is an overload or short circuit, the input transistor 8 of the protection stage opens and the power supply circuit of the bases of transistors 14 and 17 is formed. Since transistors 8 and 17 form a two-stage amplifier with positive feedback, when the input transistor 3 of the protection stage is turned on, an avalanche-like process of switching transistors 8 occurs. 14 and 17 from the cutoff mode to the saturation mode, and therefore, switching the transistors 4, 5 and 6 of the control element from the active mode to the cutoff mode. Positive feedback provides high-speed protection stage and reliable locking of the transistors of the control element.

По мере заряда конденсатора 15 цепь положительной обратной сьязи разрывается и входной транзистор 8 каскада защиты закрывается, в то же время его закрытие приводит к мгновенному разряду конденсатора 15 через резистор 13, развязывающий диод 19 базу выходного транзистора 14 каскада защиты, в результате чего транзисторы 4, 5 и 6 регулирующего элемента продолжают находиться в режиме отсечки.As the capacitor 15 charges, the positive feedback circuit breaks and the input transistor 8 of the protection cascade closes, while closing it leads to an instant discharge of the capacitor 15 through a resistor 13, decoupling the diode 19 of the base of the output transistor 14 of the protection cascade, resulting in transistors 4, 5 and 6 of the regulating element continue to be in cutoff mode.

Когда энергии, накопленной в кон. денсаторе 15 будет недостаточно для удержания выходного транзистора 14 каскада защиты в режиме насыщения, •транзисторы 4, 5 и 6 регулирующего элемента .переходят в активный режим, в результате чего происходит нараста< ние тока через регулирующий элемент. Как только величина тока перегрузки достигает значения порога срабатывания, входной транзистор 8 каскада защиты открывается и процесс повторяется.When the energy accumulated in con. the capacitor 15 will not be enough to keep the output transistor 14 of the protection stage in saturation mode, • the transistors 4, 5 and 6 of the regulating element. go into active mode, resulting in an increase in current through the regulating element. As soon as the value of the overload current reaches the threshold value, the input transistor 8 of the protection stage opens and the process repeats.

Таким образом, при наличии перегрузки или короткого замыкания каскад защиты переводит схему в режим контрольных кратковременных включений , причем длительность контрольных импульсов, определяемая величиной емкости конденсатора 15 и резистора 13, может достигать нескольких микросекунд,а период повторения, определяемый величиной той же емкости 15’ и резистора 16, может быть выбран таким, чтобы среднее значение тока перегрузки имело минимальную величину.Thus, in the presence of an overload or short circuit, the protection cascade puts the circuit into the control mode for short-time switching, and the duration of the control pulses, determined by the capacitance of the capacitor 15 and the resistor 13, can reach several microseconds, and the repetition period determined by the value of the same capacitance 15 'and resistor 16 can be selected so that the average value of the overload current has a minimum value.

При снятии перегрузки схема автоматически переходит в исходное состояние, когда транзисторы 8, 14 и 17 каскада защиты закрыты, а транзисторы 4, 5 и 6 открыты.When removing the overload, the circuit automatically returns to its original state when the transistors 8, 14 and 17 of the protection stage are closed, and the transistors 4, 5 and 6 are open.

Стабилитрон 11 служит для обеспечения постоянства периода контрольных включений независимо от величины питающего напряжения, а развязывающий диод 12 разрывает цепь разря да конденсатора. 15 на стабилитрон 11 при закрытом транзисторе 8.The zener diode 11 serves to ensure a constant period of control switching, regardless of the magnitude of the supply voltage, and the decoupling diode 12 breaks the discharge circuit of the capacitor. 15 to the zener diode 11 with the transistor 8 closed.

При наличии соединения в точке А каскад защиты включен параллельно входной и выходной клеммам устройства, а при разрыве цепи в точке А точка, объединяющая эмиттеры входного транзистора каскада защиты и транзистора положительной обратной связи, и анода стабилитрона и второго развязывающего диода подсоединены ко второй питающей шине.If there is a connection at point A, the protection cascade is connected in parallel with the input and output terminals of the device, and when the circuit is broken at point A, the point combining the emitters of the input transistor of the protection cascade and the positive feedback transistor, and the zener diode anode and the second decoupling diode are connected to the second supply bus.

Claims

1. Agapov M.V. and A.V. Electr. Protection of semiconductor power sources. M., Soviet Radio, 1966, p. 110. fig. 70

2. The patent of FRG 2.424.759,

5 cl. H 02 H 7/10, 1975.

30fj

12

-W1