174717. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezás teljesítményerősítők túlterhelés elleni védelmére
9 174717 10 nőkörének hatását mutatja. Ha a túlterhelés olyan mértékű, hogy a túlterhelés ellen védő áramkör az a pont és az UKio feszültségnek megfelelő pont közötti szakaszon lép működésbe, akkor a végtranzisztor pillanatnyi munkapontja nem marad a B görbén, hanem a C görbére ugrik, és a félperiódus végéig ott marad. Az erősítő kimenetére csatlakozó transzformátor vasmagjának telítődése esetén a végtranzisztor munkapontja, miután az A vonalon mozogva elérte a teljes kivezérlésnek megfelelő c pontot, visszafelé már nem az A, hanem a transzformátor által felvett növekvő induktív áram miatt a D görbe mentén fog mozogni, és a d pont elérésekor a túlterhelés ellen védő áramkör aktiválódik. Túlterhelés ellen védő áramkör hiányában a végtranzisztor munkapontja a d pontból a szaggatott vonallal jelzett görbe mentén haladna tovább, ami nyilvánvalóan a végtranzisztor tönkremeneteléhez vezetne. A túlterhelés ellen védő áramkör működése következtében azonban a végtranzisztor munkapontja az E vonalon halad tovább. Ugyanis a d pontban az 1. ábra szerinti TI tranzisztor kinyit, és a kimeneti áram a végtranzisztor kollektoráramának további növekedését megakadályozza. Emiatt, mivel állandó áramhoz zérus indukált feszültség tartozik, a kimeneti feszültség hirtelen csökkenni kezd, és az a’ pontban a billenőkör billenése (T3 tranzisztor lezárása) miatt ez a feszültségcsökkenés még meredekebbé válik. A d-UKío’ pontok közötti szakaszon a kollektoráram csökkenése az ohmos terhelés áramának csökkenéséből adódik, ezalatt az induktív áram még tovább nő. Az UKio’ pontban a kimeneti feszültség polaritást vált, és ekkor az induktív áram is csökkenni kezd. Az e pontban a T2 tranzisztor elegendő mértékben kinyit ahhoz, hogy a TI tranzisztor nyitó á irányú bázisemitter feszültségét csökkentve a terhelés áramának további gyors csökkenését megakadályozza. Így a végtranzisztor kollektor—emitter feszültségének növekedése megszűnik, és az induktív áram lassan zérusra csökken. Ez az f pontban következik be, és innen a végtranzisztor munkapontja az ohmos terhelésnek megfelelő A vonalon mozog tovább. UKio feszültség környékén a billenőkor visszabillen (T3 tranzisztor kinyit, TI tranzisztor lezár), és ezzel a túlterhelés ellen védő áramkör visszaáll alaphelyzetébe. A következő félperiódusban, ha a transzformátor vasmagjának telítődését okozó állapot még fennáll, az ellenütemű teljesítményerősítő másik feléhez tartozó védőáramkor működik a fentiekhez hasonlóan. A 3. ábra a találmány szerinti teljesítményerősítő kimeneti feszültségének jelalakját mutatja az előbbiekben tárgyalt működési körülmények között. A jelalakgörbe egyes pontjaihoz írt betűk a 2. ábra megfelelő pontjaira utalnak. Látható, hogy a d-e pontok rözti szakaszon, ahol a végtranzisztor pillanatnyi disszipációja a legnagyobb, a munkapont csak igen rövid ideig tartózkodik. Ismeretes, hogy a teljesítménytranzisztorok rövid időre (1 .... 10 ms) a tartósan megengedhető disszipációs teljesítménynél jóval nagyobb teljesítményre igénybe vehetők károsodás nélkül. Az e—f pontok közti szakasz elején szintén nagy a pillanatnyi disszipáció, itt azonban már megkezdődik a kollektoráram rohamos csökkenése, és az e-f pontok közti szakasz további, nagyobb részén a pillanatnyi disszipáció már olyan kicsi, hogy tartósan fennállva sem veszélyeztetné a végtranzisztor épségét. Látható a 3. ábrából az is, hogy az erősítő kimeneti feszültségének jelalakja impulzusokat, nagy, meredek feszültségugrásokat nem tartalmaz, a jelalak torzulás jellege pedig olyan, amely korlátozott áramú meghajtás esetén a transzformátor vasmagjának telítődéséből adódik. A találmány szerinti túlterhelés ellen védő kapcsolás a t” tranzisztor működése következtében a kimeneti feszültség ama félperiódusának nagy részében, melyben a végtranzisztor normális működési körülmények között nem vezet (negatív félperiódus), a végtranzisztor áramát gyakorlatilag nem korlátozhatja. Ezért az erősítő kapacitív túlterhelése esetén a növekvő kapacitív áram szakaszának jelentős részében hatástalan. A végtranzisztort azonban ennek ellenére kapacitív túlterhelés esetén is megvédi a tönkremeneteltől. A kapacitív terhelés feltöltődése ugyanis a kapacitív áram csökkenő szakaszában történik, itt pedig a találmány szerinti túlterhelés ellen védő kapcsolás korlátozza az áramot túlterhelés esetén. így a kapacitív terhelés csak a vezérlésnek megfelelőnél kisebb feszültségre tud fel töltődni, aminek következtében viszont a kisütési áram is kisebb lesz. A 4. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés további kiviteli alakját mutatja. Ha az ábra szerinti módon, a T2 tranzisztor bázisa és a földpotenciál közé egy R9 ellenállást kapcsolunk, akkor ez a T2 tranzisztor bázisára az erősítő kimeneti feszültségének pozitív félperiódusában záró irányú, negatív félperiódusában pedig nyitó irányú feszültséget juttat. Ily módon elérhető, hogy a T2 tranzisztort a kimeneti feszültség negatív félperiódusában nagyobb mértékben kinyitva, a 2. ábra szerinti B görbe UKio feszültség utáni szakaszát meredekebbé tegyük, anélkül, hogy a T2 tranzisztor működése a kimeneti feszültség pozitív félperiódusában a túlterhelés ellen védő áramkör áramkorlátozó hatását csökkentené, így az e ponthoz tartozó negatív kimeneti feszültség csökkenthető. Mivel a kimenetre csatlakozó transzformátor vasmagjának telítődésekor, különösen korszerű, négyszöges hiszterézis hurkú, lágymágneses anyagból készült vasmag esetén, ohmos terhelés hiányában a végtranzisztor munkapontja a d-e szakaszon igen rövid idő alatt átfut. Ha a T2 tranzisztor nem elég gyors működésű, akkor a 3. ábra szerinti e pontban negatív tűimpulzus keletkezhet. Ennek elkerülésére célszerű az R9 ellenállással párhuzamosan kapcsolva egy gyorsító C1 kondenzátort alkalmazni. Abban az esetben, ha a T4 végtranzisztor bázisa és a vezérlőjel W vezetéke között még egy, vagy több tranzisztoros fokozatot alkalmaznak, a szükséges áramerősítés biztosítása érdekében a TI tranzisztor kollektor—emitter feszültsége a túlterhelés ellen védő áramkör nagyfrekvenciás gerjedését okozhatja, annak aktív állapotában. Ennek elkerülésére célszerű a TI tranzisztor kollektora és a D3 dióda katódja közé egy RIO ellenállást beiktatni, mellyel a TI tranzisztor kollektor-emitter feszültsége annak vezető állapotában tetszés szerint beállítható. Az R7 ellenállással párhuzamosan kapcsolt fáziskompenzáló C2 kondenzátor gyorsítja a túlterhelés 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
