транзисторный ключ с защитой от перегрузки

Формула изобретения

ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ, содержащий первый и второй транзисторы противоположного типа проводимости, которые образуют тиристорную структуру, при этом база и коллектор первого транзистора соединены соответственно с коллектором и базой второго транзистора, коллектор второго транзистора через нагрузку подключен к шине питания, а эмиттер к общей шине, а также управляющий транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, конденсатор и первый резистор, коллектор управляющего транзистора через первый резистор соединен с шиной питания, а через конденсатор с эмиттером первого транзистора, отличающийся тем, что введены два диода, дополнительный транзистор и второй, третий, четвертый и пятый резисторы, при этом катод первого диода соединен с конденсатором и эмиттером первого транзистора, анод через второй резистор с шиной питания, анод второго диода соединен с базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, катод с шиной питания, коллектор дополнительного транзистора соединен с базой и коллектором второго и первого транзисторов соответственно, а также через третий резистор - с общей шиной, к которой подключен эмиттер дополнительного транзистора, база дополнительного транзистора через четвертый резистор соединена с управляющей шиной, с которой соединена через пятый резистор база управляющего транзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к транзисторным силовым ключам, и может найти применение при реализации различных устройств промышленной автоматики.

Известно устройство [1] содержащее биполярный транзистор, резистор нагрузки, соединенный одним концом с источником питания, другим с коллектором транзистора, токоограничивающий резистор, соединенный с базой транзистора и источником управляющего сигнала. При подаче управляющего сигнала через токоограничивающий резистор и базовый переход транзистора течет ток, при этом транзистор открывается и через резистор нагрузки от источника питания течет ток.

Недостатком известного устройства является его низкая надежность при коротком замыкании резистора нагрузки резко увеличивающийся при этом коллекторный ток транзистора выводит его из строя.

Указанного недостатка лишено известное устройство [2] наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройству. Оно содержит первый и второй транзисторы противоположного типа проводимости, которые образуют тиристорную структуру, управляющий транзистор, первый и второй резисторы, конденсатор и нагрузку. Эмиттер первого транзистора через резистор подключен к шине питания, база и коллектор его соединены с коллектором и базой второго транзистора соответственно, коллектор второго транзистора через нагрузку подключен к шине питания, а эмиттер к общей шине, база третьего транзистора подключена к шине управления, эмиттер к общей шине, коллектор через резистор соединен с шиной питания, а через конденсатор с эмиттером первого транзистора.

Недостатком известного устройства является то, что в выключенном состоянии при случайном, например во время обслуживания, замыкании коллектора второго транзистора с общей шиной происходит самостоятельное включение устройства. Кроме того, конденсатор при включении устройства разряжается не только через переход эмиттер-база первого транзистора, но и через резистор, соединяющий эмиттер первого транзистора с шиной питания, что уменьшает надежность включения устройства.

Предлагаемое устройство отличается тем, что дополнительно содержит два диода, четвертый транзистор и три резистора, при этом катод первого диода соединен с конденсатором и эмиттером первого транзистора, анод его через первый резистор с шиной питания, анод второго диода соединен с базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, катод с шиной питания, четвертый транзистор коллектором соединен с базой второго транзистора, коллектором первого транзистора и с первым выводом резистора, эмиттер этого транзистора и второй вывод резистора соединены с общей шиной, база же четвертого транзистора через резистор соединена с управляющей шиной, с которой соединена также через резистор база третьего транзистора.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы различного типа проводимости, образующие тиристорную структуру, управляющие транзисторы 3 и 4, первый 5 и второй 6 резисторы, конденсатор 7, первый 8 и второй 9 диоды, токоограничивающие резисторы 10 и 11, резистор 12 утечки. Эмиттер транзистора 1 через диод 8 и резистор 5 соединен с шиной 13 питания, при этом эмиттер подключен к катоду диода 8. База и коллектор транзистора 1 соединены с коллектором и базой, коллектором транзисторов 2 и 4 соответственно. Коллекторы транзистора 1 и 4, а также база транзистора 2 через резистор 12 соединены с общей шиной 14. Диод 9 анодом соединен с базой транзистора 1 и коллектором транзистора 2, катодом с шиной 13 питания. Эмиттеры транзисторов 2-4 соединены с общей шиной 14. База транзисторов 3 и 4 через резисторы 10 и 11 соответственно соединена с шиной 15 управления. Коллектор транзистора 3 через резистор 6 соединен с шиной 13 питания, а через конденсатор 7 с эмиттером транзистора 1.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Пусть в исходном состоянии на шину 15 управления подан сигнал с уровнем логической "1". Тогда резистор 3 находится в режиме насыщения, и левая обкладка конденсатора 7 соединена через электроды коллектор-эмиттер транзистора 3 с общей шиной 14. Транзистор 4 электродами коллектор-эмиттер шунтирует переход база-эмиттер транзистора 2. Конденсатор 7 начинает заряжаться по цепи шина 13 питания резистор 5 диод 8 правая обкладка конденсатора 7, левая обкладка конденсатора 7 коллектор-эмиттер транзистора 3 общая шина 14. Через некоторое время напряжение на правой обкладке конденсатора 7 станет намного меньше напряжения питания. Так как транзистор 4 своими электродами коллектор-эмиттер шунтирует переход база-эмиттер транзистора 2, то при замыкании коллектора транзистора 2 (а следовательно, и базы транзистора 1) срабатывания устройства не происходит.

При подаче на шину 15 управления сигнала с уровнем логического "0" транзисторы 3 и 4 переходят в режим отсечки. После этого начинается разряд конденсатора 7 по цепи: правая обкладка конденсатора 7 эмиттер-база транзистора 1 диод 9 шина 13 питания, резистор 6 левая обкладка конденсатора 7. Базовый ток, протекающий в это время через транзистор 1, приводит к возникновению тока по цепи шина 13 питания резистор 5 диод 8 эмиттер-коллектор транзистора 1 база-эмиттер транзистора 2 (а также резистор 12) общая шина 14, что, в свою очередь, ведет к возникновению тока по цепи шина 13 питания нагрузка R_нагр. коллектор-эмиттер транзистора 2 общая шина 14. Появление тока через транзистор 2 ведет к увеличению базового тока транзистора 1 по цепи шина 13 питания резистор 5 диод 8 эмиттер-база транзистора 1 коллектор-эмиттер транзистора 2 общая шина 14. Лавинообразно нарастающие токи в транзисторах 1 и 2 приводят к скачкообразному переходу транзистора 2 в режим насыщения, после чего в нагрузке R_нагр. протекает установившийся ток.

Выключение устройства (выход транзистора 2 из режима насыщения в режим осечки коллекторного тока) может произойти по двум причинам: при поступлении на шину 15 управления сигнала с уровнем логической "1" и при коротком замыкании (или существенном увеличении тока нагрузки) нагрузки. В первом случае транзистор 4 входит в режим насыщения и шунтирует базовый переход транзистора 2. При этом также входит в режим насыщения транзистор 3 и насыщается заряд конденсатора 7, что также ведет к уменьшению тока через электроды эмиттер-коллектор транзистора 1. Совокупность этих явлений приводит к уменьшению базового тока транзистора 2 и, как следствие, лавинообразному переходу последнего в режим отсечки и прерыванию тока через нагрузку R_нагр. Во втором случае (при замыкании нагрузки) резко увеличившийся ток коллектора транзистора 2 выводит его из режима насыщения, уменьшается ток базы транзистора 1, а следовательно, и ток базы транзистора 2, что лавинообразно приводит к режиму отсечки коллекторного тока транзистора 2 и прекращению тока через нагрузку R_нагр.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью, как при включении, так и при неквалифицированном обслуживании.