專利名稱：晶體管開(kāi)關(guān)自保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有電流保護(hù)功能的晶體管開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，特別是用作變流(如PWM)的晶體管開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。
功率晶體管開(kāi)關(guān)的過(guò)載能力差，在很短的過(guò)載時(shí)間內(nèi)就會(huì)損壞。目前，采用退飽和監(jiān)測(cè)的辦法保護(hù)功率晶體管開(kāi)關(guān)的過(guò)電流已取得較好的效果。但是，當(dāng)負(fù)載短路或“直通”時(shí)，退飽和監(jiān)測(cè)的強(qiáng)制開(kāi)通“啟動(dòng)”使功率晶體管仍會(huì)被連續(xù)的脈沖短路電流損壞。一九八九年第一期《電力電子技術(shù)》雜志《GTR自保護(hù)高效驅(qū)動(dòng)電路》一文，提出一種解決上述問(wèn)題的方案，其驅(qū)動(dòng)器在負(fù)載短路或“直通”時(shí)完全關(guān)閉。但是，在過(guò)電流、沖擊電流、干擾脈沖時(shí)其驅(qū)動(dòng)器也完全關(guān)閉，這給應(yīng)用造成許多麻煩。
本發(fā)明的目的是推出一種既能在負(fù)載短路或“直通”時(shí)完全關(guān)閉，又能在過(guò)電流、沖擊電流、干擾脈沖時(shí)不關(guān)閉，而是將過(guò)電流、沖擊電流限制在安全范圍的晶體管開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。
本發(fā)明主要用晶體管「包括復(fù)合晶體管」(1)、半導(dǎo)體二極管「包括復(fù)合半導(dǎo)體二極管」(2)、電容(3)組成，晶體管(1)與被驅(qū)動(dòng)功率晶體管「包括復(fù)合晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管」(4)的導(dǎo)電性相反，晶體管(1)的集電極與晶體管(4)的基極連接「包括通過(guò)電子元件〈例如晶體管(5)〉連接」，半導(dǎo)體二極管(2)以其導(dǎo)通能使晶體管(1)導(dǎo)通的極性連接在「包括通過(guò)電子元件〈例如半導(dǎo)體二極管(6)、比較器(7)、晶體管(8)、電阻(9)〉連接在」晶體管(4)的集電極與晶體管(1)的基極之間，電容(3)連接在「包括通過(guò)電阻(9)連接在」“啟動(dòng)”脈沖(10)與晶體管(1)的基極之間。這樣連接“啟動(dòng)”脈沖(10)能通過(guò)電容(3)“啟動(dòng)”晶體管(1)導(dǎo)通，晶體管(1)的導(dǎo)通使晶體管(4)也導(dǎo)通，負(fù)載未短路時(shí)，晶體管(4)的集電極電位將迅速降低，使半導(dǎo)體二極管(2)正向?qū)?，其?dǎo)通使晶體管(1)、(4)都保持導(dǎo)通。“啟動(dòng)”脈沖過(guò)后，電容(3)通過(guò)半導(dǎo)體二極管(2)或者晶體管(8)等元件放電，使下一周期的“啟動(dòng)”脈沖能繼續(xù)通過(guò)電容(3)“啟動(dòng)”晶體管(1)、(4)導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載短路或“直通”時(shí)，由于晶體管(4)的集電極電位不能被“啟動(dòng)”降低，電容(3)不能通過(guò)半導(dǎo)體二極管(2)或者晶體管(8)放電，以后的“啟動(dòng)”脈沖就不能繼續(xù)通過(guò)電容(3)“啟動(dòng)”晶體管(1)、(4)導(dǎo)通，功率晶體管(4)就被完全關(guān)閉。過(guò)電流剛出現(xiàn)時(shí)，晶體管(4)、(1)、半導(dǎo)體二極管(2)仍能被“啟動(dòng)”，電容(3)仍被放電，晶體管(4)的集電極電位隨過(guò)電流的上升而上升，半導(dǎo)體二極管(2)、晶體管(1)、(4)將迅速關(guān)斷負(fù)載，使過(guò)電流下降。以后周期將重復(fù)上述限流過(guò)程，限制過(guò)電流在安全范圍。瞬時(shí)短路，沖擊電流、干擾脈沖都會(huì)被半導(dǎo)體二極管(2)晶體管(1)、(4)迅速切斷。
在上述驅(qū)動(dòng)器中，可以用晶體管(11)連接在電容(3)與“啟動(dòng)”脈沖(10)之間。這可以避免“啟動(dòng)”脈沖對(duì)電容(3)放電的影響；可以消除電容(3)對(duì)關(guān)斷時(shí)間的影響。
在上述驅(qū)動(dòng)器中，可以在晶體管(1)的基極正向串接半導(dǎo)體二極管(12)。能增大電容(3)在負(fù)載短路時(shí)的放電時(shí)間和保護(hù)晶體管(1)的發(fā)射結(jié)。
在上述驅(qū)動(dòng)器中，可以將晶體管(13)的發(fā)射結(jié)正向連接在半導(dǎo)體二極管(2)與電容(3)和晶體管(1)基極連接處之間，晶體管(13)的集電極與電容(3)的另一極連接「包括通過(guò)電阻連接」。晶體管(13)在晶體管(4)正常導(dǎo)通時(shí)能迅速釋放電容(3)的電荷。
在上述驅(qū)動(dòng)器中，還可以將晶體管(14)的集電極與電容(3)接“啟動(dòng)”脈沖(10)的一極連接，晶體管(14)的基極通過(guò)半導(dǎo)體二極管(15)與晶體管(4)的集電極連接。晶體管(14)在晶體管(4)正常導(dǎo)通時(shí)也能釋放電容(3)的電荷。
在上述驅(qū)動(dòng)器中，電容(3)也可以連接在“啟動(dòng)”脈沖(10)與晶體管(1)的集電極之間?！皢?dòng)”脈沖通過(guò)電容(3)直接“啟動(dòng)”晶體管(4)，晶體管(1)在晶體管(4)被正常“啟動(dòng)”后能迅速釋放電容(3)的電荷。
上述元件可以部分或全部制作在集成電路器件中。
本發(fā)明能將過(guò)電流、沖擊電流限制在功率晶體管的安全范圍而不影響晶體管開(kāi)關(guān)工作的連續(xù)性，又能將功率晶體管在負(fù)載短路或“直通”時(shí)完全關(guān)閉而不損壞。并且具有極快的開(kāi)關(guān)速度和較強(qiáng)的抗干擾能力。


圖1是本發(fā)明的原理電路圖，圖2是本發(fā)明的一種電路圖，圖3是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一種電路圖，圖4是本發(fā)明的一種驅(qū)動(dòng)復(fù)合晶體管的電路圖，圖5是本發(fā)明一種實(shí)例電路圖，圖6是本發(fā)明一種驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)關(guān)的實(shí)例電路圖。
如圖一所示，“啟動(dòng)”脈沖(10)通過(guò)電容(3)“啟動(dòng)”晶體管(1)、(4)，半導(dǎo)體二極管(2)在負(fù)載未短路時(shí)的導(dǎo)通使晶體管(1)、(4)保持導(dǎo)通，并釋放電容(3)的電荷。
在圖2中，“啟動(dòng)”脈沖(10)經(jīng)過(guò)晶體管(11)隔離后再通過(guò)電容(3)、電阻(9)“啟動(dòng)”晶體管(1)、(4)導(dǎo)通，負(fù)載未短路時(shí)，半導(dǎo)體二極管(2)的導(dǎo)通將通過(guò)半導(dǎo)體二極管(6)、比較器(7)、晶體管(8)、電阻(9)使晶體管(1)、(4)保持導(dǎo)通。關(guān)斷脈沖(16)經(jīng)比較器(7)以后關(guān)斷晶體管(4)。負(fù)載短路時(shí)，電容(3)經(jīng)電阻(9)、(17)、(18)放電的時(shí)間較長(zhǎng)，從而阻塞“啟動(dòng)”通路。
在圖3中，開(kāi)通電壓使晶體管(19)、(20)導(dǎo)通后，由電容(21)、電阻(22)形成“啟動(dòng)”脈沖(10)，經(jīng)隔離晶體管(11)、電容(3)“啟動(dòng)”晶體管(1)、(4)導(dǎo)通。正常負(fù)載時(shí)，電容(3)通過(guò)復(fù)合半導(dǎo)體二極管(2)放電；負(fù)載短路時(shí)，半導(dǎo)體二極管(12)阻斷電容(3)的放電通路，由電阻(23)提供延時(shí)放電。
在圖4中，半導(dǎo)體二極管(15)在復(fù)合晶體管(4)正常導(dǎo)通時(shí)使晶體管(14)導(dǎo)通，電容(3)通過(guò)晶體管(14)、復(fù)合半導(dǎo)體二極管(2)放電。
在圖5的實(shí)施例中，晶體管(13)能在晶體管(4)正常導(dǎo)通的極短時(shí)間內(nèi)就釋放電容(3)的電荷，使驅(qū)動(dòng)器具有較強(qiáng)的抗干擾能力。半導(dǎo)體二極管(24)用作保護(hù)晶體管(1)、(13)。該實(shí)施例具有很快的開(kāi)關(guān)時(shí)間以及對(duì)干擾、瞬間短路、沖擊過(guò)電流的適應(yīng)能力，抑制能力，功率開(kāi)關(guān)晶體管能得到可靠的安全保護(hù)。
在圖6的實(shí)例中，由電容(21)、電阻(22)形成的“啟動(dòng)”脈沖(10)，經(jīng)過(guò)隔離晶體管(11)、電容(3)直接“啟動(dòng)”晶體管(4)。晶體管(4)正常導(dǎo)通時(shí)，復(fù)合半導(dǎo)體二極管(2)的導(dǎo)通使晶體管(1)導(dǎo)通，晶體管(1)的導(dǎo)通一方面使晶體管(4)保持導(dǎo)通，另一方面通過(guò)半導(dǎo)體二極管(25)迅速釋放電容(3)的電荷。半導(dǎo)體二極管(26)用以消除電容(21)對(duì)關(guān)斷時(shí)間的影響。該實(shí)例具有極快的開(kāi)關(guān)速度和上述的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種晶體管開(kāi)關(guān)自動(dòng)保護(hù)驅(qū)動(dòng)器，采用了晶體管「包括復(fù)合晶體管」(1)、半導(dǎo)體二極管「包括復(fù)合半導(dǎo)體二極管」(2)、電容(3)、晶體管(1)與被驅(qū)動(dòng)功率晶體管「包括復(fù)合晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管」(4)的導(dǎo)電性相反，晶體管(1)的集電極與晶體管(4)的基極連接「包括通過(guò)電子元件連接」，半導(dǎo)體二極管(2)以其導(dǎo)通能使晶體管(1)導(dǎo)通的極性連接在「包括通過(guò)電子元件、連接在」晶體管(4)的集電極與晶體管(1)的基極之間，本發(fā)明的特征是電容(3)連接在「包括通過(guò)電阻(9)連接在」“啟動(dòng)”脈沖(10)與晶體管(1)的基極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是電容(3)與“啟動(dòng)”脈沖(10)之間連接晶體管(11)。
3.如權(quán)利要求1、2所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是在晶體管(1)的基極正向串接半導(dǎo)體二極管(12)。
4.如權(quán)利要求1、2所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是將晶體管(13)的發(fā)射結(jié)正向連接在半導(dǎo)體二極管(2)與電容(3)和晶體管(1)基極連接處之間，晶體管(13)的集電極與電容(3)的另一極連接「包括通過(guò)電阻連接」。
5.如權(quán)利要求1、2所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是將晶體管(14)的集電極與電容(3)接“啟動(dòng)”脈沖(10)的一極連接，晶體管(14)的基極通過(guò)半導(dǎo)體二極管(15)與晶體管(4)的集電極連接。
6.如權(quán)利要求1.2所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是電容(3)連接在“啟動(dòng)”脈沖(10)與晶體管(1)的集電極之間。
專利摘要一種晶體管開(kāi)關(guān)自保護(hù)驅(qū)動(dòng)器，其中晶體管(1)的集電極接功率晶體管(4)的基極，二極管(2)接在晶體管(1)的基極與晶體管(4)的集電極之間，電容(3)僅在負(fù)載短路時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器。適用于驅(qū)動(dòng)晶體管開(kāi)關(guān)變流裝置，PWM裝置，交直流電機(jī)調(diào)速，變頻弧焊、開(kāi)關(guān)電源。能將過(guò)電流、沖擊電流限制在功率晶體管的安全范圍而不中斷，在負(fù)載短路時(shí)安全關(guān)閉功率晶體管而不損壞。其開(kāi)關(guān)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠。
文檔編號(hào)H03K17/08GK2059035SQ8920408
公開(kāi)日1990年7月4日 申請(qǐng)日期1989年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月4日
發(fā)明者陳為匡 申請(qǐng)人:陳為匡