專利名稱：新式晶體管過載、短路保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電路自動(dòng)保護(hù)裝置。
目前，晶體管功率輸出器件的自動(dòng)保護(hù)問題，仍是影響其廣泛使用的最關(guān)鍵問題。一些電子產(chǎn)品正是缺少良好的保護(hù)而使其過早損壞的。晶體管過載短路保護(hù)的根本難點(diǎn)在于保護(hù)動(dòng)作的速度必須高于或等于晶體管的燒毀速度，而晶體管器件的過載短路燒毀時(shí)間普遍在毫秒級。這樣，不僅熔斷器類保護(hù)無濟(jì)于事，就是用同類晶體管器件組成的普通延時(shí)觸發(fā)電路保護(hù)器，也是不能勝任。同時(shí)，由于晶體管輸出電路結(jié)構(gòu)和輸出工作狀態(tài)的復(fù)雜性、器件本身的分散性、電源電壓波動(dòng)等情況的影響，使現(xiàn)有的一般過載、短路保護(hù)器難以適應(yīng)。從保護(hù)裝置的工作狀態(tài)來區(qū)分，現(xiàn)在有限壓型、限流型、限壓截止型、限流截止型、短路截止型等。后三種使用尚少，其功能單一而制作復(fù)雜。限壓、限流型的缺點(diǎn)是功率管不因故障而截止，存在無效功耗，易于發(fā)熱失控，對鍺質(zhì)功率管基本不奏效?？傊?，現(xiàn)有的保護(hù)裝置存在著靈敏度低、可靠性差、功能單一、適用范圍小，或者構(gòu)造復(fù)雜、成本較高等等問題。
本實(shí)用新型的目的是以簡便經(jīng)濟(jì)的方法，提供一種靈敏可靠普遍適用的晶體管自動(dòng)保護(hù)裝置，來延長晶體管產(chǎn)品的工作壽命，以至于長久無損。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它用一只負(fù)阻發(fā)光二極管FLD并接在輸出管的電源輸入(或電壓輸出)和控制回路，或接在電源輸入(或電壓輸出)和功率推動(dòng)級的控制回路中，運(yùn)用負(fù)阻發(fā)光二極管加正向電壓未到其轉(zhuǎn)折電壓Vs時(shí)呈高阻，不導(dǎo)通；當(dāng)所加電壓升至其轉(zhuǎn)折電壓Vs時(shí)負(fù)阻發(fā)光二極管FLD立即導(dǎo)通并保持，且導(dǎo)通后呈低阻，兩端電壓大大下降。這種負(fù)阻開關(guān)特性，來直接或間接控制輸出功率管，達(dá)到截止，實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。FLD的電壓控制信號(hào)取自串接在功率輸出管的電源輸入或電壓輸出端的降壓電阻R降上。因此，這種保護(hù)電路為限流－－截止型，負(fù)阻發(fā)光二極管FLD的工作區(qū)域由串接在功率管偏流回路或推動(dòng)管偏流回路中的穩(wěn)壓管(或者用可調(diào)精密穩(wěn)壓管和二極管)調(diào)整設(shè)定。
負(fù)阻發(fā)光二極管的導(dǎo)通速度很高，在0.2－0.3微秒，無需反饋過程，并能在導(dǎo)通后維持導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)內(nèi)阻降低，兩端電壓下降至1.6－2V，負(fù)載電流大，導(dǎo)通時(shí)管子發(fā)光(紅或綠色)，可直接用做告警指示燈(珠海市匯源公司所售的負(fù)阻發(fā)光二極管的主要參數(shù)請見《電子世界》1990年2期，公司地址珠海市香洲區(qū)康寧路1號(hào))。用這種器件設(shè)計(jì)制作成的限流－－截止式晶體管保護(hù)器，不僅有反應(yīng)靈敏，工作可靠，電路簡單，易調(diào)整制作，經(jīng)濟(jì)方便，而且一般不受電源電壓波動(dòng)的影響，抗干擾性好，適用范圍寬，可廣泛用于各種晶體管(包括集成電路式和分立元件式)及其它電子器件的功率輸出保護(hù)。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，它有良好的使用前景。


圖1是應(yīng)用于汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的保護(hù)電路。其功率輸出管工作狀態(tài)變化范圍很大，在初始導(dǎo)通－－線性放大－－飽和導(dǎo)通之間。因此，不能采用限壓型保護(hù)器。圖1的汽車發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的功率輸出管為達(dá)林頓管(電路工作原理請參見本人90201014x號(hào)專利申報(bào)說明書，這里略有改動(dòng))，偏流電路由Dw2、R4組成，C2為正反饋電容，D為磁場反電勢吸收二極管。保護(hù)電路由負(fù)阻發(fā)光二極管FLD、Dw2、R5組成。其中DW2兼用于FLD工作電壓調(diào)整，R4兼為FLD的限流和維持電流電阻，C2兼有接通電源的瞬間，保證BG2搶先導(dǎo)通和保護(hù)電路抗干擾的作用。R5串接于BG2發(fā)射極，F(xiàn)LD并接在BG2電源輸入和偏流回路中。工作時(shí)，Vbe2、VDW2都是固定值，F(xiàn)LD的轉(zhuǎn)折電壓Vs也是個(gè)固定值，只有VR5是個(gè)變量，即當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，其上壓降也隨之變化，輸出電流越大其上壓降也越大。當(dāng)VR5增至使VR5＋Vbe2＋VDW2≥Vs時(shí)，F(xiàn)LD導(dǎo)通，保護(hù)電路工作，F(xiàn)LD導(dǎo)通時(shí)，兩端電壓降至1.6V－2V，它將BG2基極電位升高，迫使BG2反偏截止，電路輸出為零。
保護(hù)電路各元件設(shè)定基本關(guān)系式為V(R5×IC2)＋Vbe2＋VDW2＜Vs≤V(R5×Icm2)＋Vbe2＋VDW2，可見，電路的調(diào)整主要由R5和DW2實(shí)現(xiàn)，要將R5、DW2的工作電壓值調(diào)至FLD導(dǎo)通閥值即轉(zhuǎn)折電壓Vs附近，其數(shù)值越接近，保護(hù)電路越靈敏，但要為功率管工作留有余地，使之有一定的抗干擾性。在圖一中，R5、DW2最佳取值方法如下為使R5上功耗盡量減少，在不影響保護(hù)電路靈敏度和可靠性的前提下，要盡量縮小R5的阻值，可依下式選擇R5＝ (0.3 ～0.5)/(Icm2)∵圖中Icm2＝5A∴R5＝0.06Ω～0.1ΩVDW2要滿足下式Vs－［Vbe2＋VDW2＋V(R5×IC2)］＝0.2～0.3V，即VDW2＝Vs－Vbe2－R5×IO2－0.2～0.3V∵圖中，IC2＝1.5A，Vs＝10V，R5＝0.06Ω～0.1Ω，∴VDW2＝10V－1.5V－(0.15～0.09V)－0.2～0.3V≈8.15V～8.05V可選工作電流較小的小功率穩(wěn)壓管，若用精密可調(diào)的集成電路穩(wěn)壓管更方便。
R4選擇應(yīng)滿足Ib2＞ (Vcc)/(R4) ＞IF，其中Ib2為BG2基極最大允許電流，Vcc為電源電壓，IF為FLD的導(dǎo)通維持電流。
C2用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，可在0.1－0.47μF內(nèi)選取。
實(shí)施例2圖2為用負(fù)阻發(fā)光二極管設(shè)計(jì)成的一種帶過載、短路保護(hù)的機(jī)動(dòng)車無觸點(diǎn)轉(zhuǎn)向閃光繼電器。因?yàn)樵跓o穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器這種脈沖開關(guān)電路中，兩只振蕩管分別交替地工作在強(qiáng)烈的正、負(fù)反饋狀態(tài)，用FLD難以直接截止(在本人設(shè)計(jì)的機(jī)動(dòng)車無觸點(diǎn)轉(zhuǎn)向閃光繼電器中，其中一只振蕩管－－達(dá)林頓管是兼做功率輸出器的，請參見本人892216700號(hào)專利申請說明)，一般必須采用某種間接的方式來實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。在圖2中是將FLD接在振蕩器供電開關(guān)電路中的。
如圖2所示，該電路可分為5部分(虛線部分為外部電路)。
BG1、DW1組成功率輸出級(BG1為NPN型達(dá)林頓管)；BG2、BG3、C1、C2、R1、R2、R3、R4等組成多諧振蕩器，用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)向閃光控制信號(hào)；C3、D1組成多諧振蕩器自動(dòng)開關(guān)，利用它們的充放電功能，保證在K接通外部燈泡負(fù)載RL2或RL1時(shí)，振蕩器起振工作，在K置于空檔時(shí)，使BG2、BG3截止，振蕩器停止工作；BG4、R5、R6組成駕駛室同步監(jiān)視燈RL3控制開關(guān)；FLD與BG5、C4、DW2、R7、R8等組成多諧振蕩器供電開關(guān)，兼作BG1功率輸出過載、短路保護(hù)開關(guān)。
FLD在此電路中的保護(hù)工作原理和過程如下BG1集電極、BG5發(fā)射極、R8一端接于一點(diǎn)，F(xiàn)LD跨接于R8之前的電壓輸入端和BG5基極回路之間，電路通過選擇DW2、R8設(shè)定有關(guān)元件電壓值為VDW2＋Vbe3＋VR3＜Vs，在此電路中其差約為0.3V。在BG5發(fā)射極與基極之間接有C4，所以在電路接通電源時(shí)，BG5能搶先于FLD導(dǎo)通，并在正常時(shí)保持導(dǎo)通，為振蕩電路供電，控制BG1工作；在BG1負(fù)載沒超過額定值(此電路中為3A)或沒有發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)，F(xiàn)LD始終處于預(yù)備工作狀態(tài)不導(dǎo)通。當(dāng)BG1輸出超過額定值或出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，輸出電流增加，此時(shí)，VDW2、Vbe5基本不變，但R8上壓降VR8將增大，當(dāng)其上壓降增至使VDW2＋Vbe5＋VR8≥Vs時(shí)，F(xiàn)LD立即導(dǎo)通，并不經(jīng)過反饋過程而迅速截止BG5，于是多諧振蕩器等均失電不能工作，BG1因而截止，從而達(dá)到可靠保護(hù)的目的，其反應(yīng)十發(fā)靈敏準(zhǔn)確。
其電路計(jì)算和元件取值原則同實(shí)施例一。
圖3是負(fù)阻發(fā)光二極管FLD用于NPN型功率輸出器作限流－－截止型保護(hù)器的基本電路。應(yīng)用于場效應(yīng)管、可控硅及集成電路中的具體方式，這里不再繁述。
權(quán)利要求1.一種用負(fù)阻發(fā)光(開關(guān))二極管做成的晶體管功率輸出過載、短路保護(hù)裝置，其特征在于所說的保護(hù)裝置中有負(fù)阻管并接于被保護(hù)管的電流輸入(出)和控制回路中，或并接在與輸出電流有某種比例關(guān)系的電壓比較回路中。
2.按照權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于所說的保護(hù)裝置在分立元件和集成電路中，是直接將負(fù)阻管接于被保護(hù)晶體管的電流輸入(出)和控制回路中的接法。
3.按照權(quán)利要求1中所述的保護(hù)裝置，其特征在于所說的保護(hù)裝置在分立元件和集成電路中，是將負(fù)阻管接于被保護(hù)管的前級或與被保護(hù)管輸出電流有比例關(guān)系的電壓比較回路中的間接接法。
4.按照權(quán)利要求1－3所述的保護(hù)裝置，其特征在于所說的保護(hù)裝置的電流輸出管控制回路或與其輸出電流有比例關(guān)系的電壓比較回路中有電流檢測器中的檢測電阻或電流檢測放大器串接于其中。
專利摘要一種用負(fù)阻發(fā)光二極管做成的晶體管功率輸出過載、短路保護(hù)裝置。其特征在于所說的保護(hù)裝置中有負(fù)阻管并接于被保護(hù)管的電流輸入(出)和控制回路中，或并接在與輸出電流有某種比例關(guān)系的電壓比較回路中，它具有動(dòng)作速度快、靈敏度高、可靠性好、適用范圍廣、不受電源電壓高低限制和電壓輸出波動(dòng)的干擾，并且經(jīng)濟(jì)簡便等特點(diǎn)，從而為晶體管壽命的延長，乃至于永久無損，提供了良好的條件。本實(shí)用新型廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，無觸點(diǎn)轉(zhuǎn)向閃光器直流穩(wěn)壓器及各種晶體管功率輸出電路。
文檔編號(hào)H02H7/20GK2082911SQ9022069
公開日1991年8月14日 申請日期1990年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月15日
發(fā)明者馬軍興 申請人:馬軍興