Транзисторный ключ

 

Транзисторный ключ может быть использован для коммутации силовых электрических сигналов, когда требуется малая длительность фронтов и спадов тока или напряжения. Транзисторный ключ содержит 1 МДП-транзистор 1. в стоковую цепь которого включена 1 нагрузка 4 и 1 первичная обмотка 2 дифференцирующего трансформатора тока 3, 1 стабилитрон 7, 1 диод 9,1 резистор 11. При открывании транзистора 1 после появления его тока стока ток 1 вторичной обмотки 8 трансформатора 3. .обеспечивает форсирование напряжения на входе транзистора 1. Эти компенсируется снижение входного напряжения затввристок и в определенной степени нейтрализуется негативное влияние емкости сток-затвор (эффекта Миллера) в процессе формирования спада напряжения сток-исток МДП-транзистора . При запирании МДП-транзистора 1 напряжение отрицательной полярности, возникающее на вторичной обмотке 8 трансформатора тока 3 при спаде импульса тока стока, форсирует уменьшение напряжение затвор-исток, чем также уменьшается длительность переключения транзистора 1.1 з.п. ф-лы, 1 ил. /

СОЮЗ СОБЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{я)5 Н 03 К 17/687

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

8ЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4920518/21 (22) 25.03.91 (46) 07.01.93. Бюл. М 1 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского ийститута железнодорожного транспорта (72) Б.С.Сергеев и В.И.Головин (56) Бачурин В.В., Дькснов В.П., Левин А.В., Смердов Ю,В, Мощные высоковольтные ключевые МДП-транзисторы для безтрансформаторных источников питания. Электричество, 1.986, М 3, с. 56-58.

Окснер Э.С, Мощные полевые транзисторы и их применение. М.: Радио и связь, 1985, с. 97, рис. 424. (54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (57) Транзисторный ключ может быть использован для коммутации силовых электрических сигналов, когда требуется малая длительность фронтов и спадов тока или напряжения. Транзисторный ключ содер ЙЛ 1786653 А1 жит 1.МДП-транзистор 1, в стоковую цепь которого включена 1 нагрузка 4 и 1 первичная обмотка 2 дифференцирующего трансформатора тока 3, 1 стабилитрон 7, 1 диод

9, 1 резистор 11. При открывании транзистора 1 после появления его тока стока ток 1 вторичной обмотки 8 трансформатора 3. ,обеспечивает форсирование: напряжения на входе транзистора 1. Эти компенсируется снижение входного напряжения затввристок и в оп ределенной степени нейтрализуется негативное влияние емко- сти сток-затвор (эффекта Миллера) в процессе формирования спада напряжения сток-исток МДП-транзистора . При запирании МДП-транзистора 1 напряжение отрицательной полярности, возникающее на вторичной обмотке 8 трансформатора тока

3 при спаде импульса тока стока, форсирует уменьшение напряжение затвор-исток, чем также уменьшается длительность переключения транзистора 1. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1786653

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к.устройствам коммутации силовых электрических сигналов и может быть использовано в устройствах преобразовательной техники или формирователях сверхкоротких импульсов, например в лазерной технике.

3а последнее время находят широкое применение силовые ключи на МДП-транзисторах, позволяющие существенно повысить быстродействие функциональных электронных узлов и надежность работы при коммутации больших токов и напряжений. В таких ключах нагрузка включается .в цепь стока. В силу специфических положительных свойств МДП-транзистора такие ключи, по сравнению с ключами на биполяр, ных транзисторах, дают возможность коммутировать значительно большие электрические мощности за счет расширения области безопасной работы транзистора.

Для защиты входа МДП-транзистора от напряжения обратной полярности параллельно затвору и истоку устанавливают защитный стабилитрон. Этот. полевой транзисторный ключ является наиболее близким,.как по технической сущности; так и по схемотехнике, к предлагаемому.

Недостатком этого ключа является его невысокое быстродействие, так как в момент открывания при формировании спада напряжения сток-исток (фронта нарастания тока стока) существенное влияние на длительность спада напряжения оказывает емкость сток-затвор МДП-транзистора. Это обусловлено тем, что, когда МДП-транзистор входит в линейный режим работы, ем" кость сток-затвор совместно с транзистором является интегратором Миллера, в значительной степени снижая коэффициент усиления транзисторного ключа.

Эффект Миллера не дает воэможности пол. учить достаточно малую длительность спада напряжения сток-исток или фронта тока стока.

Цель изобретения — устранение этого недостатка, а именно — увеличение быстродействия полевого транзисторного ключа . при включении МДП-транзистора.

Указанная цель достигается тем, что в известный полевой транзисторный ключ . введен трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь стока и нагрузки, а вторичная обмотка через диод подключена ко входу МДПтранзистора, Этим обеспечивается увеличение напряжения затвор-исток в момент формирования фронта тока стока и компенсируется его снижение за счет дей45

50 са по шине 10 начинает заряжаться входная (затвор-исток) МДП-транзистора 1. Транзистор 1 при этом заперт. Когда напряжение вится его ток стока.

40 ствия эффекта Миллера от емкости сток-затвор, Кроме того, введение трансформатора тока дает возможность в некоторой степени повысить быстродействие и при выключении МДП-транзистора, что реализуется введением резистора, подключенного параллельно диоду вторичной обмотки трансформатора тока. При этом за счет разряда индуктивности намагничивания трансформатора тока формируется импульс отрицательной полярности вторичной обмотки, который подается в цепь затвора

МДП-транзистора и в большей степени снижает напряжение затвор-исток при выключении транзистора.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения со схемой-прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного введением трансформатора тока и диода и их связей с элементами транзисторного ключа. По дополнительному пункту формулы изобретения отличие состоит во введении резистора, подключенного параллельно диоду;

Сравнение заявляемого технического решения с известными показывает, что применение трансформатора тока при управлении МДП-транзисторами ранее не применялось и нам не известно..

На чертеже. приведена схема полевого транзисторного ключа. . Ключ содержит МДП-транзистор 1 в стоковую цепь которого через первичную обмотку.2 трансформатора тока 3 включена нагрузка 4 и положительный полюс 5 входного напряжения. К истоку транзистора 1 подключены отрицательный полюс 6 входного напряжения, анод стабилитрона 7 и конец вторичной обмотки 8 трансформатора тока 3, начало которой через диод 9 соединено с затвором транзистора 1, с катодом стабилитрона 7 и с источником управляющих импульсов 10. Параллельно диоду 9 подключен. резистор 11.

Полевой транзисторный ключ работает следующим образом. В момент поступления положительного открывающего импульзатвор-исток достигнет порогового значения транзистор 1 начнет отпираться, пояПри отсутствии трансформатора тока 3 скорость включения транзистора 1 будет onределяться, в основном, замедляющим действием эффекта Миллера. При наличии трансформатора тока 3 появление тока сто1786653. ние емкости сток-затвор транзистора 1, так как отрицательное напряжение уменьшает имеющееся на затворе положительное напряжение, которое появляется от заряда емкости сток-затвор. Величина сопротивления резистора 11 определяет значение отрицательного тока, а значит, и степень уменьшения форсированного напряжения на затворе транзистора 1 при выключении. Одновременно с этим, меньшее значение сопротивления определяется шунтированием полезного открывающего

10 сигнала по шине 10

Таким образом, в предлагаемой схеме сокращается длительность переключения

МДП-транзистора при выключении транзисторного ключа.

Для нормального функционирования предлагаемой схемы трансформатор тока 3 должен работать в режиме дифференциро-. вания, когда токи на его вторичной обмотке

8 имеют место только на протяжении времени изменения тока первичной обмотки 2, то есть во время нахождения транзистора 1 и активном режиме.

Следовательно, применение предлагае20

30

Формула изобретения

1. Транзисторный ключ, содержащий

МДП-транзистор, исток которого соединен с общей шиной и анодом стабилитрона, катод которого подключен к затвору МДПтранзистора, и нагрузку, которая соединена

35 одним выводом с шиной питания, о т л и ч ака, начало и конец первичной обмотки которого соединены с другим выводом нагрузки и со штоком МДП-транзистора, соответственно, начало вторичной обмотки через прямовключенный диод подключено к затвору

МДП-транзистора, а конец — к его истоку.

2. Ключ по п.1, отличающийся тем,. что, с целью повышения быстродействия, в

Составитель Б.Сергеев

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M.Àíäðóøåíêî

Редактор

Заказ 256 Тираж Подп исн ое

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ка, то есть выход транзистора 1 из режима отсечки и вхождение его в активный режим, приводит к появлению тока во вторичной обмотке 8. Это обусловливает появление импульса положительного напряжения на затворе транзистора 1, амплитуда которого . определяется внутренним сопротивлением источника 10 управляющих импульсов и емкость затвор-исток МДП-транзистора 1.

При прочих равных условиях появление увеличенного напряжения на затворе МДПтранзистора 1 приводит к уменьшению его времени переключения, так как это эквивалентно увеличению скорости. заряда входной емкости. Это тем более справедливо, что амплитуда импульса увеличенного напряжения на затворе МДП-транзистора бу.дет прямо пропорционально зависеть от скорости его переключения.

Для защиты затвора транзистора 1 от черезмерного увеличения входного нап ряжения служит стабилитрон 7, ограничивающий максимум напряжения до нормированного максимального уровня, задаваемого техни: ческими условиями на МДП-транзистор.

Таким образом, в предлагаемой схеме достигается форсирование входного напряжения затвор-исток МДП-транзистора в момент его переключения (включения), что приводит к более быстрому заряду его входной емкости и, как следствие, к увеличению коэффициента усиления в активном режиме, что и определяет уменьшение длительности включения полевого транзисторного ключа;

При включении полевого транзисторного ключа, когда входной 10 импульс положительной полярности заканчивается, . напряжение на затворе снижается до порогового значения, МДП-транзистор начинает запираться. Ток его стока начинает уменьшаться. Это приводит к появлению тока отрицательной полярности на вторичной обмотке 8 трансформатора тока 3, который при запертом диоде 9 начинает протекать через резистор 11. На этом этапе времени отрицательное напряжение на затворе транзистора 1, приходящее со вторичной обмотки 8, способствует более быстрому его запиранию. Этим в определенной степени также компенсируется негативное влиямой схемы дает возможность повысить быстродействие полевого транзисторного ключа, а значит, расширить области его при- . менения в современных высокоэффективных устройствах автоматики и электроники, 40 ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, введен трансформатор то50 него введен резистор, который подключен параллельно диоду.