[实用新型]新式晶体管过载、短路保护器

说明书

本实用新型属于电路自动保护装置。

目前，晶体管功率输出器件的自动保护问题，仍是影响其广泛使用的最关键问题。一些电子产品正是缺少良好的保护而使其过早损坏的。晶体管过载短路保护的根本难点在于保护动作的速度必须高于或等于晶体管的烧毁速度，而晶体管器件的过载短路烧毁时间普遍在毫秒级。这样，不仅熔断器类保护无济于事，就是用同类晶体管器件组成的普通延时触发电路保护器，也是不能胜任。同时，由于晶体管输出电路结构和输出工作状态的复杂性、器件本身的分散性、电源电压波动等情况的影响，使现有的一般过载、短路保护器难以适应。从保护装置的工作状态来区分，现在有限压型、限流型、限压截止型、限流截止型、短路截止型等。后三种使用尚少，其功能单一而制作复杂。限压、限流型的缺点是功率管不因故障而截止，存在无效功耗，易于发热失控，对锗质功率管基本不奏效。总之，现有的保护装置存在着灵敏度低、可靠性差、功能单一、适用范围小，或者构造复杂、成本较高等等问题。

本实用新型的目的是以简便经济的方法，提供一种灵敏可靠普遍适用的晶体管自动保护装置，来延长晶体管产品的工作寿命，以至于长久无损。

本实用新型的目的是这样实现的：它用一只负阻发光二极管FLD并接在输出管的电源输入（或电压输出）和控制回路，或接在电源输入（或电压输出）和功率推动级的控制回路中，运用负阻发光二极管加正向电压未到其转折电压Vs时呈高阻，不导通；当所加电压升至其转折电压Vs时负阻发光二极管FLD立即导通并保持，且导通后呈低阻，两端电压大大下降。这种负阻开关特性，来直接或间接控制输出功率管，达到截止，实现保护目的。FLD的电压控制信号取自串接在功率输出管的电源输入或电压输出端的降压电阻R降上。因此，这种保护电路为限流－－截止型，负阻发光二极管FLD的工作区域由串接在功率管偏流回路或推动管偏流回路中的稳压管（或者用可调精密稳压管和二极管）调整设定。

负阻发光二极管的导通速度很高，在0.2－0.3微秒，无需反馈过程，并能在导通后维持导通，导通时内阻降低，两端电压下降至1.6－2V，负载电流大，导通时管子发光（红或绿色），可直接用做告警指示灯（珠海市汇源公司所售的负阻发光二极管的主要参数请见《电子世界》1990年2期，公司地址：珠海市香洲区康宁路1号）。用这种器件设计制作成的限流－－截止式晶体管保护器，不仅有反应灵敏，工作可靠，电路简单，易调整制作，经济方便，而且一般不受电源电压波动的影响，抗干扰性好，适用范围宽，可广泛用于各种晶体管（包括集成电路式和分立元件式）及其它电子器件的功率输出保护。随着电子产品的发展，它有良好的使用前景。

图1是应用于汽车发电机电压调节器的保护电路。其功率输出管工作状态变化范围很大，在初始导通－－线性放大－－饱和导通之间。因此，不能采用限压型保护器。图1的汽车发电机自动电压调节器的功率输出管为达林顿管（电路工作原理请参见本人90201014x号专利申报说明书，这里略有改动），偏流电路由Dw₂、R₄组成，C₂为正反馈电容，D为磁场反电势吸收二极管。保护电路由负阻发光二极管FLD、Dw₂、R₅组成。其中DW₂兼用于FLD工作电压调整，R₄兼为FLD的限流和维持电流电阻，C₂兼有接通电源的瞬间，保证BG₂抢先导通和保护电路抗干扰的作用。R₅串接于BG₂发射极，FLD并接在BG₂电源输入和偏流回路中。工作时，Vbe₂、VDW₂都是固定值，FLD的转折电压Vs也是个固定值，只有V_R5是个变量，即当负载变化时，其上压降也随之变化，输出电流越大其上压降也越大。当V_R5增至使V_R5＋V_be2＋V_DW2≥Vs时，FLD导通，保护电路工作，FLD导通时，两端电压降至1.6V－2V，它将BG₂基极电位升高，迫使BG₂反偏截止，电路输出为零。

保护电路各元件设定基本关系式为：