184668. lajstromszámú szabadalom • Áramköri elrendezés teljesítményerősítők kimeneti rövidzárásakor, túláram vagy túlvezérlése esetén fellépő hőmérsékletnövekedés, ill. meghibásodás elleni védelmére
1 184 668 2 A találmány tárgya áramköri elrendezés teljesítményerősítők kimeneti rövidzárásakor, túláram vagy túlvezérlése esetén fellépő hőmérsékletnövekedés, illetve meghibásodás elleni védelmére. Az ismeretes, ill. jelenleg használatos teljesítményerősítőknél alkalmazott túláramvédclmck és teljesítmény korlátozási eljárások lényeges hibája, hogy azoknál a végtranzisztorok a védelmek működése esetén maximális disszipációra vannak igénybe véve, sőt túláramvédelem esetén a megengedettnél nagyobb disszipáció is létrejöhet a végtranzisztorokon. A hangfrekvenciás erősítők védelmére szolgáló áramköri elrendezések a korszerű félvezetős erősítők elterjedésével egy időben jelentek meg. A hangfrekvenciás erősítők végfokozatának tranzisztorait már nem lehet megvédeni az elektroncsöves korszakban bevált olvadó biztosítókkal. A „lomha" olvadó biztosítók már nem tudják megakadályozni az igen gyors működésű félvezetők tönkremenetelét. Különösen vonatkozik ez az ún. „közvetlen csatolású" erősitőkre. Vannak ugyan igen gyors működésű speciális biztosítók, de ezek alkalmazása több okból sem célszerű, mert ilyenek a) az erősítő bekapcsolásakor fellépő tranziens áramlökések hatására is kiolvadhatnak, emellett b) a kereskedelemben nem terjedlek el, így javításkor nincs garancia arra, hogy az előirt olvadó biztosító kerül pótlásként a régi helyére, továbbá c) integrált kivitelben nem alakíthatók ki az áramkörön belül, és nem lennének javíthatók. Fentiek miatt a gyártók különböző kiegészítő elektronikus védőkapcsolásokat alkalmaznak. A túl nagy áramokkal szembeni védő eljárások közös jellemzője, hogy a végtranzisztorokkal sorba kötött „figyelő ellenálláson” megjelenő feszültséget használják fel a védőáramkor működtetésére. Ha a feszültség eiéri az összehasonlítási alapként használt referencia feszültség értékét, akkor az áramkör valamilyen módon korlátozza a teljesítménytranzisztorok meghajtó áramát, mint például a VIDEOTON RA 5350 típusú végerősítőjénél alkalmazott megoldás. Ezen megoldások közös hátránya azonban, hogy rövid idejű túláram ellen nyújtanak védelmet, ugyanis a végtranzisztorokon a megengedettnél nagyobb teljesítmény disszipálódik, úgyhogy ezért olvadó biztosítókkal is ki kell egészíteni az effajta védelmet, amely a tartós korlátozott áram ellen, a fentiekben már említett kockázattal meg tudja védeni a végtranzisztorokat. Egy fejlődésnek tekinthető másik megoldás szerint már nemcsak túláram ellen védik a végtranzisztorokat, hanem pl. rövidzár esetén a végtranzisztorokon disszipált teljesítményt a tranzisztorok által megengedett érték alá csökkentik oly módon, hogy akkor kisebb zárlati áramot enged meg a védő áramkör. Az ilyen védelem hátránya, hogy pl. rövidzár esetén a végtranzisztorok a megengedett maximális disszipáció közelében üzemelnek, amikor is azok hőmérséklete jelentősen megnő. Integrált kivitel esetén pedig nemcsak a környezetet melegítik a végtranzisztorok, hanem az erősítő többi alkatrészét is. Ekkor a magasabb hőmérséklet következtében az erősítő alkatrészeinek meghibásodásával kell számolni. Az előzőekben ismertetett hátrányok megszüntetése érdekében többen próbálkoztak megfelelő védelmi áramkörök megoldásával. A Philips cég oly védelmi megoldást fejlesztett ki, melynél figyelő áramkör alkalmazásával, annak megszólalása esetén lekapcsolja a végerősítőt, miáltal lúlmelegedés nem fordulhat elő. Ez esetben azonban a védőáramkor visszaállítása a hálózati kapcsoló kikapcsolásával történhetik, ami intézkedő (kezelői) tevékenységet igényel. A kezelő személyek beavatkozását szorítja ki a 3 898 532 lajstromszámú USA szabadalmi leírás szerinti megoldás, mely egy külsős jeladó által működtetett elektromechanikus kapcsoló segítségével választja le a terhelést (hangszóró) a teljesítmény erősítő kimenetéről. A normális üzemtől való eltérést hidáramkör segítségével érzékeli. A hídáramköra mindenkori terhelő impedanciához illeszkedő kiegyenlítést igényli. Az elektromechanikus kapcsoló működéséből következően a terhelés bekapcsolás (milliszekundum /ms) nagyságrendű idő elteltével lehetséges, ezért a teljesítménytranzisztorok a megengedett hőmérséklettel kapcsolatos tápfeszültség és áram értékeket tartalmazó görbe határadatainak megfelelő igénybevételnek vannak kitéve. A túlterhelt állapot megszűnése után az áramkör nem azonnal, hanem a 47-es áramköri egység időzítésének megfelelő időkéséssel kapcsolja vissza az üzemi állapotba. Aa 3 899 718 lajstromszámú USA szabadalmi leírás egyértelműen az elektromos alkatrészek (DC) egyenáramú vizsgálata, ill. mérése közben a vizsgált alkatrészen fellépő túlterhelés elleni védelemre, valamint a méréshez szükséges tápegység védelméhez ad megoldást, azonban ez sem az erősítő védelmét szolgálja. A találmánnyal megvalósíthatós védelem figyelő áramkör részében ismert megoldás alkalmazásával biztosítja a túláram, ill. a végtranzisztorokon diszszipált teljesítmény figyelését. A figyelő áramkör megszólalása esetén lekapcsolja a végtranzisztorok vezérlő áramát, mely átalakul „rezgő” rendszerré, azaz meghatározott időközönként visszakapcsolja a rendszert normál üzemmenetébe. A szakaszos üzem következtében a végtranzisztorokra jutó átlag teljesítmény lecsökken, és így a védelem működés esetén nem nő, hanem csökken a végfokozat hőmérséklete. A zárlat vagy a túlterhelés megszűnése esetén a rendszer azonnal működőképessé válik. A leirt működési elvből következik, hogy az áramkör nemcsak az erősítő, hanem a tápegysége védelmét is ellátja. A fentiekben elmondottak következtében a végtranzisztorok disszipációja elhanyagolható, gyakorlatilag azonos a vezérlés nélküli állapottal, továbbá az erősítő hőmérséklete, ellentétben a hagyományos megoldásokkal, közel környezeti hőmérsékletre csökken. Ily módon az erősítő egyéb alkatrészei sem károsodnak, nem melegíti a környezetét, valamint a tápegységet sem terheli. A találmányt a csatolt rajzokon kiviteli példaképpen szemléltetett kapcsolási elrendezések alábbi leírása ismerteti bővebben. Az 1. ábra végerősítő fokozat ismert kapcsolási elrendezését mutatja, a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
