Способы защиты выходных транзисторов от перенапряжений. Необходимость в защите выходного транзистора от перенапряжений возникает в ряде специфических режимов работы системы зажигания. Например, режим открытой вторичной цепи является аварийным. В этом случае значительно увеличивается амплитуда импульса первичного напряжения, прикладываемого к участку коллектор - эмиттер выходного транзистора, что может вызвать пробой перехода.

Кроме того, увеличивается и амплитуда импульса вторичного напряжения, что может вызвать пробой изоляции вторичной цепи катушки зажигания и, следовательно, отказ системы зажигания.

Для ограничения амплитуды импульса первичного напряжения на допустимом для выходного транзистора уровне используют схемы защиты, выполненные, как правило, на нелинейных элементах - стабилитронах и варисторах. Наиболее простой является схема, представленная на рис 14,а.

В этой схеме защитный стабилитрон VD1 включен параллельно участку коллектор - эмиттер транзистора VТ1. Напряжение пробоя стабилитрона VD1 выбирают немного меньшим Uкэ доп транзистора VT1. Увеличение первичного напряжения до U1<UстVDне приводит к пробою стабилитрона. При увеличении первичного напряжения до U1>UстVDстабилитрон пробивается и через него начинает протекать ток iстпри этом амплитуда импульса первичного напряжения ограничивается на допустимом для транзистора VT1 уровне.

Амплитуда импульса тока через стабилитрон составляет 2÷4 А, что влечет за собой применение мощных стабилитронов.

Создание новых силовых транзисторов, способных коммутировать большую импульсную энергию (более 200 мДж) , а также стремление уменьшить габариты коммутатора позволили осуществить защиту выходного транзистора VТ1 путем введения стабилитрона параллельно его базоколлекторному участку (рис. 14,6). Этот способ позволяет уменьшить импульсный ток через стабилитрон в Вст раз (Вст- статический коэффициент усиления по току выходного транзистора VT1).

При увеличении первичного напряжения до U1> Uст стабилитрон пробивается и в базу выходного транзистора втекает ток, который приоткрывает транзистор VТ1 на время действия импульса перенапряжения. Проводящий участок коллектор - эмиттер транзистора VТ1шунтирует источник напряжения, ограничивая тем самым амплитуду первичного импульса на допустимом уровне.

Существуют также другие более сложные схемные решения, позволяющие еще больше снизить импульсный ток через стабилитрон.

Конденсатор С1, включенный параллельно участку коллектор эмиттер выходного транзистора, служит для предотвращения выхода транзистора в область лавинного пробоя в процессе его закрывания, а также является элементом ударного колебательного контура возбуждения, т. е. определяет величину и скорость нарастания вторичного напряжения, развиваемого системой зажигания.

Резистор R1 ограничивает емкостный ток через участок коллектор - эмиттер транзистора VТ1 в момент открывания последнего, если конденсатор С1 заряжен.

Защита выходного транзистора от инверсного включения. После закрывания выходного транзистора в первичном контуре катушки зажигания возникает колебательный процесс. В течение действия отрицательной полуволны импульса первичного напряжения транзистор оказывается включенным в инверсном режиме, что недопустимо для некоторых типов транзисторов. Инверсное включение транзистора также возможно в случае перепутывания полярности аккумуляторной батареи.

Для защиты транзистора VT1 от инверсного включения последовательно в выходную цепь коммутатора включают полупроводниковый диод VD1 (рис. 15,а), рассчитанный на прямой ток, равный по значению току разрыва. Последовательное включение силового диода имеет свои отрицательные стороны. Во-первых, увеличиваются тепловые потери в выходной цепи коммутатора; во-вторых, усложняется его конструкция и, наконец, в-третьих, значительно снижается сила тока разрыва в период пуска двигателя при сильно разряженной аккумуляторной батарее.

Другим способом защиты выходного транзистора VТ1 от инверсного включения является включение силового диода VD1 параллельно участку коллектор - эмиттер транзистора (рис. 15,6). При этом включении разрушается колебательный процесс после первой полуволны первичного напряжения. Процесс становится апериодическим. Параллельное включение диода позволяет уменьшить падение напряжения в выходной цепи коммутатора, рассеиваемую мощность и габариты. Защитный диод выполняется на одном кристалле с выходным транзистором. На рис. 15,в приведена схема однокристального транзистора Дарлингтона, выполненного на транзисторах VТ1 и VТ2. Параллельно участку коллектор-эмиттер включен мощный диод VD1.

Ограничение амплитуды импульса первичного тока. Функционально простые коммутаторы с постоянной скважностью (КПС) не содержат специального устройства ограничения тока. В системах зажигания, использующих КПС, применяется пассивное ограничение уровня тока за счет последовательного включения в нагрузочную цепь коммутатора добавочного сопротивления Rдоб, которое закорачивается в режиме пуска.

Коммутаторы с нормируемой скважностью (КНС) используют активное ограничение уровня тока. На рис. 16 представлен один из наиболее распространенных вариантов схемы ограничения тока.

Принцип действия схемы состоит в следующем. После открывания выходной транзистор VТЗ вводится в насыщение током Iу, что обеспечивает низкое остаточное напряжение на выходе коммутатора. Процесс характеризуется нарастанием первичного тока. Пока ток, протекающий через выходной транзистор VТЗ и токоизмерительный резистор Rи, включенный последовательно в эмиттерную цепь транзистора, ниже допустимого уровня ограничения, транзистор VТ2 закрыт. При достижении током i1, допустимого уровня транзистор VТ2 начинает открываться. Потенциал на его коллекторе понижается, что приводит к уменьшению силы тока управления iy. Транзистор VТЗ выходит из режима насыщения в активный режим. Напряжение на выходе коммутатора возрастает до уровня, при котором поддерживается заданный ток ограничения.

Регулировка уровня ограничения тока производится резисторами R1, R2 делителя во входной цепи транзистора VТ2. Введение в коммутатор активного ограничителя тока позволяет не только защищать коммутационный транзистор от чрезмерного тока, но также стабилизировать ток разрыва при колебаниях питающего напряжения в широких пределах, тем самым обеспечивая неизменные выходные характеристики системы зажигания.

Однако активный режим работы связан с большим выделением тепловой мощности на выходном транзисторе (порядка 60÷80 Вт), что накладывает жесткие требования на продолжительность включенного состояния выходного транзистора. Время включенного состояния или время накопления энергии должно регулироваться таким образом, чтобы минимизировать или исключить вообще нахождение выходного транзистора в режиме ограничения в рабочем диапазоне частот вращения вала двигателя. Эту задачу решают регуляторы времени накопления.