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环。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，退饱和保护电路的强制开通“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》一文中提出一种解决方案，其驱动器能在单相负载中出现短路时关闭，但在多相负载中发生短路时仍会重复导通，且反应速度较慢，功率晶体管仍会损坏。该驱动器在过电流时也关闭，给应用造成问题。
本发明的目的是推出一种能在各种负载短路或“直通”时快速及完全关闭，过电流时不完全关闭而作限流保护的晶体管开关驱动器。
本发明主要是将驱动器(1)「是指采用退饱和保护的驱动器」中的“工作”电压(2)「包括“开通”电压或“启动”脉冲」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)《如晶体管(6)、(7)》与电容(3)并连「包括通过电子元件与电容(3)并连」，电子开关(5)的控制极通过电子元件(8)《如二极管(9)或电阻(10)》连接被驱动功率晶体管(11)「包括复合晶体管、场效应晶体管」的集电极，电容(3)与能关闭驱动器(1)的电子开关(12)《如晶体管(13)、(14)》的控制极连接「包括通过电子元件《如电阻(15)、电容(16)》连接」。正常工作时，每次“启动”期间电容(3)都能被充电，功率晶体管(11)被“启动”时的正常导通其集电极电位都能降低，从而通过电子元件(8)使电子开关(5)对电容(3)放电，电容(3)的充电不能使电子开关(12)关闭驱动器(1)。过电流时，由于功率晶体管(11)的集电极电位仍能在“启动”期间降低，电子开关(5)仍能对电容(3)放电，驱动器(1)仍不被关闭。这时，由退饱和保护电路进行脉宽限流。在各种负载的短路或“直通”时，由于功率晶体管(11)的集电极电位不能在“启动”期间降低，电子开关(5)不能对电容(3)放电，电容(3)的充电电压将使电子开关(12)关闭驱动器(1)，不发生重复开通。
在上述驱动器中，晶体管(6)的基极可以通过电子元件《如电阻(17)》连接驱动器中的开关电压。这使晶体管(6)在驱动器未开通时对电容(3)放电，以避免误动作。
在上述驱动器中，晶体管(7)的基极可以通过电阻(10)、(18)的分压连接功率晶体管(11)的集电极。这样容易实现对使驱动器(1)完全关闭的负载电流设定值的确定。
在上述驱动器中，电容(3)及电子开关(5)还可以采用具有识别功能的半导体电路(19)。其识别功能是只有在“启动”动作时都无足够的功率晶体管(11)集电极电位降低讯号输入的状态下，该半导体电路(19)才输出使电子开关(12)关闭驱动器的讯号。这同样能实现本发明的目的和效果。
上述驱动器可以部份或全部制作在集成电路器件中。
本发明的优点是在不影响开关速度以及对过电流作退饱和保护的情况下。容易实现对各种负载短路或“直通”的快速及完全关断。
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是本发明采用识别功能半导体电路的原理电路图，图5是本发明一种驱动场效应晶体管开关的电路图，图6是本发明一种实例电路图。
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，电子开关(5)的控制极通过电子元件(8)连接被驱动功率晶体管(11)的集电极，能关闭驱动器(1)的电子开关(12)的控制极连接电容(3)。“启动”工作时，“工作”电压(2)向电容(3)充电，功率晶体管(11)在“启动”时降低的集电极电位通过电子元件(8)使电子开关(5)对电容(3)放电，电子开关(12)不关闭驱动器。负载短路时，功率晶体管(11)的集电极电位在“启动”时不能降低，就不能使电子开关(5)对电容(3)放电，电容(3)充电电压的上升使电子开关(12)关闭驱动器(1)。
图2中，由电阻(20)、电容(21)形成的“启动”脉冲通过晶体管(22)、通过电阻(4)连接电容(3)，与电容(3)并连的晶体管(6)的基极通过电阻(24)、二极管(9)连接被驱动复合晶体管(11)的集电极，电容(3)通过电阻(15)、电容(16)连接晶体管(13)、(14)，晶体管(6)的基极通过电阻(17)连接驱动器中的开关电压。正常工作时，“启动”脉冲向电容(3)充电，复合晶体管(11)在“启动”时降低的集电极电位通过二极管(9)、电阻(24)使晶体管(6)对电容(3)放电，晶体管(13)、(14)不关闭驱动器。过电流时上述过程照样进行，只是过电流由二极管(9)、(25)、晶体管(26)组成的退饱和保护电路限制在“启动”时间内。各种负载短路时，复合晶体管(11)的集电极电位不能在“启动”时降低，也就不能通过二极管(9)、电阻(24)使晶体管(6)对电容(3)放电，电容(3)充电电压的上升将通过电阻(15)、电容(16)使晶体管(13)、(14)完全关闭驱动器，不重复开通。电阻(17)、(27)都是用以避免误动作。
图3的电路与图2基本相同，不同的是与电容(3)并连的晶体管(7)的基极通过二极管(23)通过电阻(10)、(18)的分压连接功率晶体管(11)的集电极，通过分压来确定使驱动器关闭的负载电流值。
图4中，具有识别功能的半导体电路(19)的输入端连接驱动器(1)中的“启动”脉冲，功率晶体管(11)的集电极通过电子元件(8)连接半导体电路(19)的输入端，半导体电路(19)仅在整个“启动”脉冲期间无功率晶体管(11)集电极电位降低讯号输入的状态下，才输出使电子开关(12)关闭驱动器的讯号。因此，驱动器(1)仅在负载短路时才被完全关闭。
图5中的结构与工作过程与图3基本相同，不同的是为驱动功率场效应晶体管(11)而采用单电源，在二极管(9)上串联稳压管(28)以得到所需的较高栅偏压。
图6中，“开通”电压(2)「也可以用“工作”电压《如图中虚线连接所示》」通过电阻(4)连接电容(3)，晶体管(6)的基极通过电阻(17)连接反映开关电压的晶体管(29)的集电极，这样，对电容(3)的充电都能在正常工作时被晶体管(6)释放，只有在负载短路时，二极管(9)、(30)、晶体管(31)、电阻(24)、(17)才不使晶体管(6)对电容(3)放电，电容(3)的充电电压才能通过电阻(15)、电容(16)使晶体管(13)、(14)完全关闭驱动器。
补正书
补正书
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(1)「是指采用退饱和保护的驱动器」中的“工作”电压(2)「包括“开通”电压或“启动”脉冲」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)《如晶体管(6)、(7)》与电容(3)并连「包括通过电子元件与电容(3)并连」，本发明的特征是电子开关(5)的控制极通过电子元件(8)《如二极管(9)或电阻(10)》连接被驱动功率晶体管(11)「包括复合晶体管、场效应晶体管」的集电极，电容(3)与能关闭驱动器(1)的电子开关(12)《如晶体管(13)、(14)》的控制极连接「包括通过电子元件《如电阻(15)、电容(16)》连接」。
2.如权利要求1所述的驱动器，其特征是晶体管(6)的基极通过电子元件《如电阻(17)》连接驱动器中的开关电压。
3.一种晶体管开关自保护驱动器(1)「是指采用退饱和保护的驱动器」中的“启动”脉冲(2)与半导体电路(19)的输入端连接，本发明的特征是半导体电路(19)的另一输入端通过电子元件(8)连接被驱动功率晶体管(11)「包括复合晶体管、场效应晶体管」的集电极，半导体电路(19)的输出与能关闭驱动器(1)的电子开关(12)的控制极连接(包括通过电子元件连接)。
全文摘要
一种晶体管开关自保护驱动器，其退饱和保护电路的“启动”脉冲连接电容(3)，晶体管(7)与电容(3)并连，晶体管(7)的基极经电阻(10)、(18)的分压连接功率晶体管(11)的集电极，电容(3)经电阻(15)接关闭驱动器的电子开关(12)。能作脉宽限流，容易实现对各种负载下短路或“直通”时的极快速完全关闭。不重复开通。适用于驱动晶体管及场效应管的变流、PWM、电机调速、逆变电源。
文档编号H03K17/08GK1057370SQ9010448
公开日1991年12月25日 申请日期1990年6月12日 优先权日1990年6月12日
发明者陈为匡 申请人:陈为匡