專利名稱：晶體管開關自保護驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有電流保護功能的晶體管開關驅動器，特別是用作變流(如PWM)的晶體管開關驅動器。
功率晶體管開關的過載能力差，在很短的過載時間內就會損壞。目前，采用退飽和監測的辦法保護功率晶體管開關的過電流已取得較好的效果。但是，當負載短路或“直通”時，退飽和監測的強制開通“啟動”使功率晶體管仍會被連續的脈沖短路電流損壞。一九八九年第一期《電力電子技術》雜志《GTR自保護高效驅動電路》一文，提出一種解決上述問題的方案，其驅動器在負載短路或“直通”時完全關閉。但是，在過電流、沖擊電流、干擾脈沖時其驅動器也完全關閉，這給應用造成許多麻煩。
本發明的目的是推出一種既能在負載短路或“直通”時完全關閉，又能在過電流、沖擊電流、干擾脈沖時不關閉，而是將過電流、沖擊電流限制在安全范圍的晶體管開關驅動器。
本發明主要用晶體管「包括復合晶體管」(1)、半導體二極管「包括復合半導體二極管」(2)、電容(3)組成，晶體管(1)與被驅動功率晶體管「包括復合晶體管、場效應晶體管」(4)的導電性相反，晶體管(1)的集電極與晶體管(4)的基極連接「包括通過電子元件〈例如晶體管(5)〉連接」，半導體二極管(2)以其導通能使晶體管(1)導通的極性連接在「包括通過電子元件〈例如半導體二極管(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「包括通過電阻(9)連接在」“啟動”脈沖(10)與晶體管(1)的基極之間。這樣連接“啟動”脈沖(10)能通過電容(3)“啟動”晶體管(1)導通，晶體管(1)的導通使晶體管(4)也導通，負載未短路時，晶體管(4)的集電極電位將迅速降低，使半導體二極管(2)正向導通，其導通使晶體管(1)、(4)都保持導通。“啟動”脈沖過后，電容(3)通過半導體二極管(2)或者晶體管(8)等元件放電，使下一周期的“啟動”脈沖能繼續通過電容(3)“啟動”晶體管(1)、(4)導通。當負載短路或“直通”時，由于晶體管(4)的集電極電位不能被“啟動”降低，電容(3)不能通過半導體二極管(2)或者晶體管(8)放電，以后的“啟動”脈沖就不能繼續通過電容(3)“啟動”晶體管(1)、(4)導通，功率晶體管(4)就被完全關閉。過電流剛出現時，晶體管(4)、(1)、半導體二極管(2)仍能被“啟動”，電容(3)仍被放電，晶體管(4)的集電極電位隨過電流的上升而上升，半導體二極管(2)、晶體管(1)、(4)將迅速關斷負載，使過電流下降。以后周期將重復上述限流過程，限制過電流在安全范圍。瞬時短路，沖擊電流、干擾脈沖都會被半導體二極管(2)晶體管(1)、(4)迅速切斷。
在上述驅動器中，可以用晶體管(11)連接在電容(3)與“啟動”脈沖(10)之間。這可以避免“啟動”脈沖對電容(3)放電的影響；可以消除電容(3)對關斷時間的影響。
在上述驅動器中，可以在晶體管(1)的基極正向串接半導體二極管(12)。能增大電容(3)在負載短路時的放電時間和保護晶體管(1)的發射結。
在上述驅動器中，可以將晶體管(13)的發射結正向連接在半導體二極管(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「包括通過電阻連接」。晶體管(13)在晶體管(4)正常導通時能迅速釋放電容(3)的電荷。
在上述驅動器中，還可以將晶體管(14)的集電極與電容(3)接“啟動”脈沖(10)的一極連接，晶體管(14)的基極通過半導體二極管(15)與晶體管(4)的集電極連接。晶體管(14)在晶體管(4)正常導通時也能釋放電容(3)的電荷。
在上述驅動器中，電容(3)也可以連接在“啟動”脈沖(10)與晶體管(1)的集電極之間。“啟動”脈沖通過電容(3)直接“啟動”晶體管(4)，晶體管(1)在晶體管(4)被正常“啟動”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。
本發明能將過電流、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關工作的連續性，又能將功率晶體管在負載短路或“直通”時完全關閉而不損壞。并且具有極快的開關速度和較強的抗干擾能力。
圖1是本發明的原理電路圖，圖2是本發明的一種電路圖，圖3是本發明驅動場效應晶體管的一種電路圖，圖4是本發明的一種驅動復合晶體管的電路圖，圖5是本發明一種實例電路圖，圖6是本發明一種驅動場效應晶體管開關的實例電路圖。
如圖一所示，“啟動”脈沖(10)通過電容(3)“啟動”晶體管(1)、(4)，半導體二極管(2)在負載未短路時的導通使晶體管(1)、(4)保持導通，并釋放電容(3)的電荷。
在圖2中，“啟動”脈沖(10)經過晶體管(11)隔離后再通過電容(3)、電阻(9)“啟動”晶體管(1)、(4)導通，負載未短路時，半導體二極管(2)的導通將通過半導體二極管(6)、比較器(7)、晶體管(8)、電阻(9)使晶體管(1)、(4)保持導通。關斷脈沖(16)經比較器(7)以后關斷晶體管(4)。負載短路時，電容(3)經電阻(9)、(17)、(18)放電的時間較長，從而阻塞“啟動”通路。
在圖3中，開通電壓使晶體管(19)、(20)導通后，由電容(21)、電阻(22)形成“啟動”脈沖(10)，經隔離晶體管(11)、電容(3)“啟動”晶體管(1)、(4)導通。正常負載時，電容(3)通過復合半導體二極管(2)放電；負載短路時，半導體二極管(12)阻斷電容(3)的放電通路，由電阻(23)提供延時放電。
在圖4中，半導體二極管(15)在復合晶體管(4)正常導通時使晶體管(14)導通，電容(3)通過晶體管(14)、復合半導體二極管(2)放電。
在圖5的實施例中，晶體管(13)能在晶體管(4)正常導通的極短時間內就釋放電容(3)的電荷，使驅動器具有較強的抗干擾能力。半導體二極管(24)用作保護晶體管(1)、(13)。該實施例具有很快的開關時間以及對干擾、瞬間短路、沖擊過電流的適應能力，抑制能力，功率開關晶體管能得到可靠的安全保護。
在圖6的實例中，由電容(21)、電阻(22)形成的“啟動”脈沖(10)，經過隔離晶體管(11)、電容(3)直接“啟動”晶體管(4)。晶體管(4)正常導通時，復合半導體二極管(2)的導通使晶體管(1)導通，晶體管(1)的導通一方面使晶體管(4)保持導通，另一方面通過半導體二極管(25)迅速釋放電容(3)的電荷。半導體二極管(26)用以消除電容(21)對關斷時間的影響。該實例具有極快的開關速度和上述的優點。
權利要求1.一種晶體管開關自動保護驅動器，采用了晶體管「包括復合晶體管」(1)、半導體二極管「包括復合半導體二極管」(2)、電容(3)、晶體管(1)與被驅動功率晶體管「包括復合晶體管、場效應晶體管」(4)的導電性相反，晶體管(1)的集電極與晶體管(4)的基極連接「包括通過電子元件連接」，半導體二極管(2)以其導通能使晶體管(1)導通的極性連接在「包括通過電子元件、連接在」晶體管(4)的集電極與晶體管(1)的基極之間，本發明的特征是電容(3)連接在「包括通過電阻(9)連接在」“啟動”脈沖(10)與晶體管(1)的基極之間。
2.如權利要求1所述的驅動器，其特征是電容(3)與“啟動”脈沖(10)之間連接晶體管(11)。
3.如權利要求1、2所述的驅動器，其特征是在晶體管(1)的基極正向串接半導體二極管(12)。
4.如權利要求1、2所述的驅動器，其特征是將晶體管(13)的發射結正向連接在半導體二極管(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「包括通過電阻連接」。
5.如權利要求1、2所述的驅動器，其特征是將晶體管(14)的集電極與電容(3)接“啟動”脈沖(10)的一極連接，晶體管(14)的基極通過半導體二極管(15)與晶體管(4)的集電極連接。
6.如權利要求1.2所述的驅動器，其特征是電容(3)連接在“啟動”脈沖(10)與晶體管(1)的集電極之間。
專利摘要一種晶體管開關自保護驅動器，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)僅在負載短路時關閉驅動器。適用于驅動晶體管開關變流裝置，PWM裝置，交直流電機調速，變頻弧焊、開關電源。能將過電流、沖擊電流限制在功率晶體管的安全范圍而不中斷，在負載短路時安全關閉功率晶體管而不損壞。其開關速度快，抗干擾能力強，安全可靠。
文檔編號H03K17/08GK2059035SQ8920408
公開日1990年7月4日 申請日期1989年4月4日 優先權日1989年4月4日
發明者陳為匡 申請人:陳為匡