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，提出一種解決方案，其驅動器能在直通短路時完全關閉。但在負載短路時仍會重復導通，由于其關斷速度慢，功率晶體管仍會損壞。過電流時該驅動器也完全關閉，給應用造成了問題。
本發明的目的是推出一種能在直通或負載短路時快速及完全關閉，過電流時不完全關閉的晶體管開關驅動器。
本發明主要是將驅動器「包括采用退飽和保護的驅動器」(1)中的“工作”電壓「包括“開通”電壓或“啟動”脈沖」(2)與電容(3)連接「包括通過電子元件《如電阻(4)》連接」，電子開關(5)通過電子元件《如二極管(25)》與電容(3)并連，在被驅動功率晶體管「包括復合晶體管、場效應晶體管」(6)的集電極與電子開關(5)的控制極之間連接「包括通過電子元件《如電阻(8)》連接」半導體二極管(7)，電容(3)與能關閉驅動器的電子開關(9)的控制極連接「包括通過電子元件《如二極管(10)》連接」。正常工作時，在每次“啟動”時開始向電容(3)充電，功率晶體管(6)在“啟動”期間的正常導通都將通過半導體二極管(7)使電子開關(5)釋放電容(3)的電荷，因此，電容(3)不能使電子開關(9)關閉驅動器。過電流時，由于功率晶體管(6)的集電極電壓仍能在“啟動”期間降低，半導體二極管(7)仍使電子開關(5)釋放電容(3)的電荷，驅動器仍不被關閉。當直通或負載短路時，由于功率晶體管(6)的集電極電壓不能在“啟動”期間降低，半導體二極管(7)不能使電子開關(5)釋放電容(3)的電荷，電容(3)充電電壓的上升將使電子開關(9)關閉驅動器。
關閉過程在一次“啟動”周期完成，負載短路時不會重復開通。
在上述驅動器中，電子開關(5)可以采用晶體管(11)。
在上述驅動器中，電子開關(9)可以采用晶體管(12)、(13)。
在上述驅動器中，晶體管(11)的基極還可以通過電子元件《如電阻(14)》連接驅動器中的開關電壓。使晶體管(11)在驅動器關閉時釋放電容(3)的電荷，以避免誤動作和過電流誤動作。
在上述驅動器中，電容(3)還可以串接在“啟動”通路中。直通短路時，電容(3)中不能釋放的電荷能阻塞“啟動”通路，使驅動器關閉。
在上述電容(3)串接在“啟動”通路中的驅動器中，可以不用電子開關(9)。
本發明的優點是在不影響開關速度及不中斷對過電流的限流的情況下，在“啟動”期間就識別開關斷負載短路或直通而不誤動作。
圖1是本發明的原理電路圖，圖2是本發明一種驅動復合晶體管的電路圖，圖3是本發明一種用于PWM裝置的實例電路圖，圖4是本發明一種電容(3)串接的實例電路圖，圖5是本發明一種驅動場效應晶體管開關的電路圖。
圖1中，驅動器(1)中的“工作”電壓(2)與電容(3)連接，電子開關(5)與電容(3)并連，半導體二極管(7)連接在被驅動功率晶體管(6)的集電極與電子開關(5)的控制極之間，能關閉驅動器的電子開關(9)的控制極連接電容(3)。工作時，“工作”電壓(2)同時向電容(3)充電，功率晶體管(6)在“啟動”時降低的集電極電壓通過半導體二極管(7)使電子開關(5)釋放電容(3)的電荷，電子開關(9)不關閉驅動器。負載短路時，功率晶體管(6)的集電極電壓在“啟動”時不能降低，半導體二極管(7)不能使電子開關(5)釋放電容(3)的電荷，電容(3)充電電壓的上升使電子開關(9)關閉驅動器。
在圖2中，“開通”電壓「也可以用“工作”電壓《如圖中虛線連接所示》」(2)通過電阻(4)向電容(3)充電，功率晶體管(6)被“啟動”后降低的集電極電壓通過半導體二極管(7)、(18)、晶體管(19)、電阻(8)使晶體管(11)釋放電容(3)的電荷，電容(3)的充電電壓不能通過二極管(10)使晶體管(12)、(13)關閉驅動器。負載短路時，功率晶體管(6)、的集電極電壓在“啟動”期間不能降低，半導體二極管(7)、(18)晶體管(19)、電阻(8)不使晶體管(11)釋放電容(3)的電荷，電容(3)在“啟動”后期的充電電壓通過二極管(10)使晶體管(12)、(13)導通，完全關閉驅動器。晶體管(11)的基極通過電阻(14)連接反映驅動器開關電壓的晶體管(20)的集電極，以避免干擾造成誤動作和避免過電流時被完全關閉。
在圖3中，由電容(15)、電阻(16)形成的“啟動”脈沖通過晶體管(17)、電阻(4)向電容(3)充電，功率晶體管(6)在“啟動”時降低的集電極電壓通過半導體二極管(7)、電阻(8)使晶體管(11)釋放電容(3)的電荷，電容(3)的充電電壓不能通過電阻(26)使晶體管(12)、(13)關閉驅動器。負載短路時，功率晶體管(6)的集電極電壓在“啟動”時不能降低，半導體二極管(7)、電阻(8)不能使晶體管(11)釋放電容(3)的電荷，電容(3)在“啟動”后期的充電電壓通過電阻(26)使晶體管(12)、(13)導通，關閉驅動器。晶體管(11)的基極通過電阻(14)連接反映驅動器開關電壓的晶體管(21)的集電極，以避免誤動作。
在圖4中，由電容(15)、電阻(16)形成的“啟動”脈沖通過晶體管(17)、電阻(4)、二極管(22)、電容(3)、晶體管(20)、(23)、“啟動”功率晶體管(6)，電容(3)同時被充電，功率晶體管(6)在“啟動”時降低的集電極電壓通過半導體二極管(7)使晶體管(11)釋放電容(3)的電荷，電容(3)不會阻塞“啟動”通路。直通短路時，由于功率晶體管(6)的集電極電壓不能被“啟動”降低，晶體管(11)不能釋放電容(3)的電荷，電容(3)將阻斷“啟動”通路，使驅動器關閉。
圖5中，由電容(15)、電阻(16)形成的“啟動”脈沖通過晶體管(17)、電容(3)“啟動”場效應功率晶體管(6)，晶體管(6)正常導通時，半導體二極管(7)、穩壓管(24)使晶體管(11)通過二極管(25)釋放電容(3)的電荷。直通短路時，由于場效應晶體管(6)的漏源電壓不能被“啟動”降低，晶體管(11)不能通過二極管(25)釋放電容(3)的電荷，電容(3)將阻斷“啟動”通路，使驅動器關閉。
上述元件可以部份或全部制作在集成電路器件中。
權利要求1.一種晶體管開關自保護驅動器，主要是將驅動器「包括采用退飽和保護的驅動器」(1)中的“工作”電壓「包括“開通”電壓或“啟動”脈沖」(2)與電容(3)連接「包括通過電子元件《如電阻(4)》連接」，電子開關(5)通過電子元件《如二極管(25)》與電容(3)并連，本發明的特征是在被驅動功率晶體管「包括復合晶體管、場效應晶體管」(6)的集電極與電子開關(5)的控制極之間連接「包括通過電子元件《如電阻(8)》連接」半導體二極管(7)，電容(3)與能關閉驅動器的電子開關(9)的控制極連接「包括通過電子元件《如二極管(10)》連接」。
2.如權利要求1所述的驅動器，其特征是電子開關(5)采用晶體管(11)。
3.如權利要求2所述的驅動器，其特征是電子開關(9)采用晶體管(12)、(13)。
4.如權利要求2所述的驅動器，其特征是晶體管(11)的基極通過電子元件《如電阻(14)》連接驅動器中的開關電壓。
5.如權利要求2所述的驅動器，其特征是電容(3)串接在“啟動”通路中。
6.如權利要求1、2、3、4、5、所述的驅動器，其特征是驅動器(1)是采用退飽和保護的驅動器。
專利摘要一種晶體管開關自保護驅動器，“開通”電壓(2)連接電容(3)，晶體管(11)與電容(3)并連，功率晶體管(6)的集電極通過半導體二極管(7)連接晶體管(11)基極，電容(3)連接關閉驅動器的電子開關(9)。能限制過電流、在“啟動”時就確認及關閉直通或負載短路。不誤動作。適用于晶體管變流、PWM、交流電機、直流電機調速、開關電源、逆變電源。晶體管弧焊機。
文檔編號H03K17/08GK2060959SQ89220188
公開日1990年8月22日 申請日期1989年11月22日 優先權日1989年11月22日
發明者陳為匡 申請人:陳為匡