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，提出一种解决方案，其驱动器能在直通短路时完全关闭。但在负载短路时仍会重复导通，由于其关断速度慢，功率晶体管仍会损坏。过电流时该驱动器也完全关闭，给应用造成了问题。
本发明的目的是推出一种能在直通或负载短路时快速及完全关闭，过电流时不完全关闭的晶体管开关驱动器。
本发明主要是将驱动器「包括采用退饱和保护的驱动器」(1)中的“工作”电压「包括“开通”电压或“启动”脉冲」(2)与电容(3)连接「包括通过电子元件《如电阻(4)》连接」，电子开关(5)通过电子元件《如二极管(25)》与电容(3)并连，在被驱动功率晶体管「包括复合晶体管、场效应晶体管」(6)的集电极与电子开关(5)的控制极之间连接「包括通过电子元件《如电阻(8)》连接」半导体二极管(7)，电容(3)与能关闭驱动器的电子开关(9)的控制极连接「包括通过电子元件《如二极管(10)》连接」。正常工作时，在每次“启动”时开始向电容(3)充电，功率晶体管(6)在“启动”期间的正常导通都将通过半导体二极管(7)使电子开关(5)释放电容(3)的电荷，因此，电容(3)不能使电子开关(9)关闭驱动器。过电流时，由于功率晶体管(6)的集电极电压仍能在“启动”期间降低，半导体二极管(7)仍使电子开关(5)释放电容(3)的电荷，驱动器仍不被关闭。当直通或负载短路时，由于功率晶体管(6)的集电极电压不能在“启动”期间降低，半导体二极管(7)不能使电子开关(5)释放电容(3)的电荷，电容(3)充电电压的上升将使电子开关(9)关闭驱动器。
关闭过程在一次“启动”周期完成，负载短路时不会重复开通。
在上述驱动器中，电子开关(5)可以采用晶体管(11)。
在上述驱动器中，电子开关(9)可以采用晶体管(12)、(13)。
在上述驱动器中，晶体管(11)的基极还可以通过电子元件《如电阻(14)》连接驱动器中的开关电压。使晶体管(11)在驱动器关闭时释放电容(3)的电荷，以避免误动作和过电流误动作。
在上述驱动器中，电容(3)还可以串接在“启动”通路中。直通短路时，电容(3)中不能释放的电荷能阻塞“启动”通路，使驱动器关闭。
在上述电容(3)串接在“启动”通路中的驱动器中，可以不用电子开关(9)。
本发明的优点是在不影响开关速度及不中断对过电流的限流的情况下，在“启动”期间就识别开关断负载短路或直通而不误动作。
图1是本发明的原理电路图，图2是本发明一种驱动复合晶体管的电路图，图3是本发明一种用于PWM装置的实例电路图，图4是本发明一种电容(3)串接的实例电路图，图5是本发明一种驱动场效应晶体管开关的电路图。
图1中，驱动器(1)中的“工作”电压(2)与电容(3)连接，电子开关(5)与电容(3)并连，半导体二极管(7)连接在被驱动功率晶体管(6)的集电极与电子开关(5)的控制极之间，能关闭驱动器的电子开关(9)的控制极连接电容(3)。工作时，“工作”电压(2)同时向电容(3)充电，功率晶体管(6)在“启动”时降低的集电极电压通过半导体二极管(7)使电子开关(5)释放电容(3)的电荷，电子开关(9)不关闭驱动器。负载短路时，功率晶体管(6)的集电极电压在“启动”时不能降低，半导体二极管(7)不能使电子开关(5)释放电容(3)的电荷，电容(3)充电电压的上升使电子开关(9)关闭驱动器。
在图2中，“开通”电压「也可以用“工作”电压《如图中虚线连接所示》」(2)通过电阻(4)向电容(3)充电，功率晶体管(6)被“启动”后降低的集电极电压通过半导体二极管(7)、(18)、晶体管(19)、电阻(8)使晶体管(11)释放电容(3)的电荷，电容(3)的充电电压不能通过二极管(10)使晶体管(12)、(13)关闭驱动器。负载短路时，功率晶体管(6)、的集电极电压在“启动”期间不能降低，半导体二极管(7)、(18)晶体管(19)、电阻(8)不使晶体管(11)释放电容(3)的电荷，电容(3)在“启动”后期的充电电压通过二极管(10)使晶体管(12)、(13)导通，完全关闭驱动器。晶体管(11)的基极通过电阻(14)连接反映驱动器开关电压的晶体管(20)的集电极，以避免干扰造成误动作和避免过电流时被完全关闭。
在图3中，由电容(15)、电阻(16)形成的“启动”脉冲通过晶体管(17)、电阻(4)向电容(3)充电，功率晶体管(6)在“启动”时降低的集电极电压通过半导体二极管(7)、电阻(8)使晶体管(11)释放电容(3)的电荷，电容(3)的充电电压不能通过电阻(26)使晶体管(12)、(13)关闭驱动器。负载短路时，功率晶体管(6)的集电极电压在“启动”时不能降低，半导体二极管(7)、电阻(8)不能使晶体管(11)释放电容(3)的电荷，电容(3)在“启动”后期的充电电压通过电阻(26)使晶体管(12)、(13)导通，关闭驱动器。晶体管(11)的基极通过电阻(14)连接反映驱动器开关电压的晶体管(21)的集电极，以避免误动作。
在图4中，由电容(15)、电阻(16)形成的“启动”脉冲通过晶体管(17)、电阻(4)、二极管(22)、电容(3)、晶体管(20)、(23)、“启动”功率晶体管(6)，电容(3)同时被充电，功率晶体管(6)在“启动”时降低的集电极电压通过半导体二极管(7)使晶体管(11)释放电容(3)的电荷，电容(3)不会阻塞“启动”通路。直通短路时，由于功率晶体管(6)的集电极电压不能被“启动”降低，晶体管(11)不能释放电容(3)的电荷，电容(3)将阻断“启动”通路，使驱动器关闭。
图5中，由电容(15)、电阻(16)形成的“启动”脉冲通过晶体管(17)、电容(3)“启动”场效应功率晶体管(6)，晶体管(6)正常导通时，半导体二极管(7)、稳压管(24)使晶体管(11)通过二极管(25)释放电容(3)的电荷。直通短路时，由于场效应晶体管(6)的漏源电压不能被“启动”降低，晶体管(11)不能通过二极管(25)释放电容(3)的电荷，电容(3)将阻断“启动”通路，使驱动器关闭。
上述元件可以部份或全部制作在集成电路器件中。
权利要求1.一种晶体管开关自保护驱动器，主要是将驱动器「包括采用退饱和保护的驱动器」(1)中的“工作”电压「包括“开通”电压或“启动”脉冲」(2)与电容(3)连接「包括通过电子元件《如电阻(4)》连接」，电子开关(5)通过电子元件《如二极管(25)》与电容(3)并连，本发明的特征是在被驱动功率晶体管「包括复合晶体管、场效应晶体管」(6)的集电极与电子开关(5)的控制极之间连接「包括通过电子元件《如电阻(8)》连接」半导体二极管(7)，电容(3)与能关闭驱动器的电子开关(9)的控制极连接「包括通过电子元件《如二极管(10)》连接」。
2.如权利要求1所述的驱动器，其特征是电子开关(5)采用晶体管(11)。
3.如权利要求2所述的驱动器，其特征是电子开关(9)采用晶体管(12)、(13)。
4.如权利要求2所述的驱动器，其特征是晶体管(11)的基极通过电子元件《如电阻(14)》连接驱动器中的开关电压。
5.如权利要求2所述的驱动器，其特征是电容(3)串接在“启动”通路中。
6.如权利要求1、2、3、4、5、所述的驱动器，其特征是驱动器(1)是采用退饱和保护的驱动器。
专利摘要一种晶体管开关自保护驱动器，“开通”电压(2)连接电容(3)，晶体管(11)与电容(3)并连，功率晶体管(6)的集电极通过半导体二极管(7)连接晶体管(11)基极，电容(3)连接关闭驱动器的电子开关(9)。能限制过电流、在“启动”时就确认及关闭直通或负载短路。不误动作。适用于晶体管变流、PWM、交流电机、直流电机调速、开关电源、逆变电源。晶体管弧焊机。
文档编号H03K17/08GK2060959SQ89220188
公开日1990年8月22日 申请日期1989年11月22日 优先权日1989年11月22日
发明者陈为匡 申请人:陈为匡