专利名称：晶体管开关自保护驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有电流保护功能的晶体管开关驱动器，特别是用作变流(如PWM)的晶体管开关驱动器。
功率晶体管开关的过载能力差，在很短的过载时间内就会损坏。目前，采用退饱和监测的办法保护功率晶体管开关的过电流已取得较好的效果。但是，当负载短路或“直通”时，退饱和监测的强制开通“启动”使功率晶体管仍会被连续的脉冲短路电流损坏。一九八九年第一期《电力电子技术》杂志《GTR自保护高效驱动电路》一文，提出一种解决上述问题的方案，其驱动器在负载短路或“直通”时完全关闭。但是，在过电流、冲击电流、干扰脉冲时其驱动器也完全关闭，这给应用造成许多麻烦。
本发明的目的是推出一种既能在负载短路或“直通”时完全关闭，又能在过电流、冲击电流、干扰脉冲时不关闭，而是将过电流、冲击电流限制在安全范围的晶体管开关驱动器。
本发明主要用晶体管「包括复合晶体管」(1)、半导体二极管「包括复合半导体二极管」(2)、电容(3)组成，晶体管(1)与被驱动功率晶体管「包括复合晶体管、场效应晶体管」(4)的导电性相反，晶体管(1)的集电极与晶体管(4)的基极连接「包括通过电子元件〈例如晶体管(5)〉连接」，半导体二极管(2)以其导通能使晶体管(1)导通的极性连接在「包括通过电子元件〈例如半导体二极管(6)、比较器(7)、晶体管(8)、电阻(9)〉连接在」晶体管(4)的集电极与晶体管(1)的基极之间，电容(3)连接在「包括通过电阻(9)连接在」“启动”脉冲(10)与晶体管(1)的基极之间。这样连接“启动”脉冲(10)能通过电容(3)“启动”晶体管(1)导通，晶体管(1)的导通使晶体管(4)也导通，负载未短路时，晶体管(4)的集电极电位将迅速降低，使半导体二极管(2)正向导通，其导通使晶体管(1)、(4)都保持导通。“启动”脉冲过后，电容(3)通过半导体二极管(2)或者晶体管(8)等元件放电，使下一周期的“启动”脉冲能继续通过电容(3)“启动”晶体管(1)、(4)导通。当负载短路或“直通”时，由于晶体管(4)的集电极电位不能被“启动”降低，电容(3)不能通过半导体二极管(2)或者晶体管(8)放电，以后的“启动”脉冲就不能继续通过电容(3)“启动”晶体管(1)、(4)导通，功率晶体管(4)就被完全关闭。过电流刚出现时，晶体管(4)、(1)、半导体二极管(2)仍能被“启动”，电容(3)仍被放电，晶体管(4)的集电极电位随过电流的上升而上升，半导体二极管(2)、晶体管(1)、(4)将迅速关断负载，使过电流下降。以后周期将重复上述限流过程，限制过电流在安全范围。瞬时短路，冲击电流、干扰脉冲都会被半导体二极管(2)晶体管(1)、(4)迅速切断。
在上述驱动器中，可以用晶体管(11)连接在电容(3)与“启动”脉冲(10)之间。这可以避免“启动”脉冲对电容(3)放电的影响；可以消除电容(3)对关断时间的影响。
在上述驱动器中，可以在晶体管(1)的基极正向串接半导体二极管(12)。能增大电容(3)在负载短路时的放电时间和保护晶体管(1)的发射结。
在上述驱动器中，可以将晶体管(13)的发射结正向连接在半导体二极管(2)与电容(3)和晶体管(1)基极连接处之间，晶体管(13)的集电极与电容(3)的另一极连接「包括通过电阻连接」。晶体管(13)在晶体管(4)正常导通时能迅速释放电容(3)的电荷。
在上述驱动器中，还可以将晶体管(14)的集电极与电容(3)接“启动”脉冲(10)的一极连接，晶体管(14)的基极通过半导体二极管(15)与晶体管(4)的集电极连接。晶体管(14)在晶体管(4)正常导通时也能释放电容(3)的电荷。
在上述驱动器中，电容(3)也可以连接在“启动”脉冲(10)与晶体管(1)的集电极之间。“启动”脉冲通过电容(3)直接“启动”晶体管(4)，晶体管(1)在晶体管(4)被正常“启动”后能迅速释放电容(3)的电荷。
上述元件可以部分或全部制作在集成电路器件中。
本发明能将过电流、冲击电流限制在功率晶体管的安全范围而不影响晶体管开关工作的连续性，又能将功率晶体管在负载短路或“直通”时完全关闭而不损坏。并且具有极快的开关速度和较强的抗干扰能力。
图1是本发明的原理电路图，图2是本发明的一种电路图，图3是本发明驱动场效应晶体管的一种电路图，图4是本发明的一种驱动复合晶体管的电路图，图5是本发明一种实例电路图，图6是本发明一种驱动场效应晶体管开关的实例电路图。
如图一所示，“启动”脉冲(10)通过电容(3)“启动”晶体管(1)、(4)，半导体二极管(2)在负载未短路时的导通使晶体管(1)、(4)保持导通，并释放电容(3)的电荷。
在图2中，“启动”脉冲(10)经过晶体管(11)隔离后再通过电容(3)、电阻(9)“启动”晶体管(1)、(4)导通，负载未短路时，半导体二极管(2)的导通将通过半导体二极管(6)、比较器(7)、晶体管(8)、电阻(9)使晶体管(1)、(4)保持导通。关断脉冲(16)经比较器(7)以后关断晶体管(4)。负载短路时，电容(3)经电阻(9)、(17)、(18)放电的时间较长，从而阻塞“启动”通路。
在图3中，开通电压使晶体管(19)、(20)导通后，由电容(21)、电阻(22)形成“启动”脉冲(10)，经隔离晶体管(11)、电容(3)“启动”晶体管(1)、(4)导通。正常负载时，电容(3)通过复合半导体二极管(2)放电；负载短路时，半导体二极管(12)阻断电容(3)的放电通路，由电阻(23)提供延时放电。
在图4中，半导体二极管(15)在复合晶体管(4)正常导通时使晶体管(14)导通，电容(3)通过晶体管(14)、复合半导体二极管(2)放电。
在图5的实施例中，晶体管(13)能在晶体管(4)正常导通的极短时间内就释放电容(3)的电荷，使驱动器具有较强的抗干扰能力。半导体二极管(24)用作保护晶体管(1)、(13)。该实施例具有很快的开关时间以及对干扰、瞬间短路、冲击过电流的适应能力，抑制能力，功率开关晶体管能得到可靠的安全保护。
在图6的实例中，由电容(21)、电阻(22)形成的“启动”脉冲(10)，经过隔离晶体管(11)、电容(3)直接“启动”晶体管(4)。晶体管(4)正常导通时，复合半导体二极管(2)的导通使晶体管(1)导通，晶体管(1)的导通一方面使晶体管(4)保持导通，另一方面通过半导体二极管(25)迅速释放电容(3)的电荷。半导体二极管(26)用以消除电容(21)对关断时间的影响。该实例具有极快的开关速度和上述的优点。
权利要求1.一种晶体管开关自动保护驱动器，采用了晶体管「包括复合晶体管」(1)、半导体二极管「包括复合半导体二极管」(2)、电容(3)、晶体管(1)与被驱动功率晶体管「包括复合晶体管、场效应晶体管」(4)的导电性相反，晶体管(1)的集电极与晶体管(4)的基极连接「包括通过电子元件连接」，半导体二极管(2)以其导通能使晶体管(1)导通的极性连接在「包括通过电子元件、连接在」晶体管(4)的集电极与晶体管(1)的基极之间，本发明的特征是电容(3)连接在「包括通过电阻(9)连接在」“启动”脉冲(10)与晶体管(1)的基极之间。
2.如权利要求1所述的驱动器，其特征是电容(3)与“启动”脉冲(10)之间连接晶体管(11)。
3.如权利要求1、2所述的驱动器，其特征是在晶体管(1)的基极正向串接半导体二极管(12)。
4.如权利要求1、2所述的驱动器，其特征是将晶体管(13)的发射结正向连接在半导体二极管(2)与电容(3)和晶体管(1)基极连接处之间，晶体管(13)的集电极与电容(3)的另一极连接「包括通过电阻连接」。
5.如权利要求1、2所述的驱动器，其特征是将晶体管(14)的集电极与电容(3)接“启动”脉冲(10)的一极连接，晶体管(14)的基极通过半导体二极管(15)与晶体管(4)的集电极连接。
6.如权利要求1.2所述的驱动器，其特征是电容(3)连接在“启动”脉冲(10)与晶体管(1)的集电极之间。
专利摘要一种晶体管开关自保护驱动器，其中晶体管(1)的集电极接功率晶体管(4)的基极，二极管(2)接在晶体管(1)的基极与晶体管(4)的集电极之间，电容(3)仅在负载短路时关闭驱动器。适用于驱动晶体管开关变流装置，PWM装置，交直流电机调速，变频弧焊、开关电源。能将过电流、冲击电流限制在功率晶体管的安全范围而不中断，在负载短路时安全关闭功率晶体管而不损坏。其开关速度快，抗干扰能力强，安全可靠。
文档编号H03K17/08GK2059035SQ8920408
公开日1990年7月4日 申请日期1989年4月4日 优先权日1989年4月4日
发明者陈为匡 申请人:陈为匡