Полевой транзисторный ключ

-"Р 1(н СВИДЕТЕЛ ЬСТ А ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР(56) Окснер Э. С, Мощные полевые транзисторы и их применение./ Пер. с англ, - М,; Радио и связь, 1985, с. 204, рис, 8,6.Авторское свидетельство СССРМ 1633486, кл. Н 03 К 17/04, 1989,(54) ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для динамической коммутации различного рода нагрузок, например индуктивных, Цель изобретения - повышение надежности, Поле-вой транзисторный ключ позволяет исключить влияние емкости сток-затвор силового транзистора 1, которая может существенно затянуть фронт увеличения напряжения сток-исток или спад тока при запирании силового транзистора 1, Это осуществляется путем шунтирования входа (затвор-исток) транзистора 1 шунтирующим транзистором 3, который включается током заряда демпфирующего конденсатора 7 через демпфирующий диод 4 во время увеличения напряжения сток-исток, Емкостью конденсатора 5 можно регулировать длительность кратковременного импульса тока транзистора 3. После установления напряжения сток-истоктранзистора 1 ток через конденсатор 7 прекращается, чем повышается энергетическая эффективность схемы, Транзистор 3 может быть как биполярным, так и полевым. Если требуется постоянное включенное состояние транзистора 3 на этапе запертого. состояния транзистора 1, а то параллельно конденсатору 7 можно установить резистор. После открывания транзистора 1 конденсатор 7 разряжается на его стокоистоковый переход, при этом обратное напряжение на базе транзистора 3 ог- Я раничивается диодом 8.1 ил,Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано для динамической коммутации индуктивных нагрузок, например в источниках вторичногоэлектропитания или в устройствах электропривода,Известны полевые транзисторные ключи. содержащие МДП-транзистор, в стокоистоковую цепь которого включенанагрузка. Управление ключевым МДП транзистором выполняется прямоугольными им-.пульсами, а формирование процессоввключения и:-выключения осуществляетсярезистивно-конденсаторной форсирующейцепочкой. Этот ключ прост, однако не обеспечивает достаточного быстродействия, впервую очередь из-за того, что на процессвыключения МДП-транзистора существенное влияние оказывает емкость сток-затвор,которая приводит к увеличению длительноСти спада тока стока, а иногда и к повторному, ложному включению транзистора.Известны также транзисторные полевые ключи, в которых параллельно стоку иистоку транзистора включена диодно-конденсаторная цепь, служащая для приведе:ния траектории движения рабочей точки кнбрмированной или для демпфированияимпульса коллекторного перенапряжения,. возникающего от индуктивности рассеяниянагрузки, в частности силового трансформатора импульсного преобразователя источника вторичного злектропйтания ИВЭП).Такие цепи используются не только в биполярных транзисторных клячах, но и в полевых - когда первичное напряжение велико,а коммутируемые токи значительны.Известны также полевые транзисторные ключи, у которых для увеличения быстродействия при выключении параллельнозатвору и истоку ключевого МДП-транзистора включен биполярный шунтирующийтранзистор, открывающийся в момент формирования фронта увеличения напряжениясток-исток.Данная схема обладает максимальнымбыстродействием, однако довольно сложнаи требует использования довольно большого количества транзисторов. Кроме того,введение последовательных элементов вцепь затвора МДП-транзистора может ухудшить быстродействие полевого транзисторного ключа.Цель изобретения - повышение надежности работы полевого транзисторногоключа, достигаемое эа счет увеличения быстродействия и упрощения схемы,Укаэанная цель достигается тем, что вполевой транзисторный ключ, содержащийпараллельный шунтирующий биполярный транзистор и диодно-конденсаторную цепьвведен, второй диод, анод которого соединен со стоком ключевого МДП-транзистора,а катод - с первой обкладкой конденсатора,5 вторая обкладка которого соединена с базой шунтирующего транзистора,На чертеже приведена схема полевоготранзисторного ключа.Она содержит ключевой МДП-транэи 10 стор 1, стоком и истоком включенный междусиловым и общим выводами ключа и нагрузкой 2. Параллельно затвору и истоку транзистора 1 включен транзистор 3 коллектороми эмиттером соответственно. Между базой15 и эмиттером транзистора 3 катодом и анодом включен первый диод 4. Между базойтранзистора 3 и стоком МДП-транзистора 1включены последовательно соединенныепервый 5 и второй 6 резисторы, а к общей20 точке соединения подключена первая обкладка конденсатора 4 и катод второго 8диода, .анодом соединенного со стокомМДП-трайзистора 1, Вторая обкладка конденсатора 7 подключена к базе транзистора25 3.Полевой транзисторный ключ работаетследующим образом,В исходном запертом состоянии МДПтранзистора 1 транзистор 3 открьт, так как30 в его базу протекает ток через резисторы 5и 6 от высокого уровня напряжения на стокетранзистора 1, Открытым состоянием транзистора 3 шунтируется вход МДП-транзистора 1, обеспечивая нулевое напряжение35 на его затворе.При Открытом состоянии МДП-транзистора 1, когда напряжение на его стоке до,статочно мало, транзистор 3 заперт.Рассмотрим этап времени запирания40 МДП-транзистора 1, Когда на его затвор.приходит запирающий импульс от источника Еупр, он перезаряжает емкость затвор-исток и далее МДП-транзистор 1 начинае 1запираться. Напряжение на его стоке начи 45 нает увеличиваться, Это обусловливает заряд конденсатора 7 через диод 8; Появлениеэтого тока вызывает форсированное открывание транзистора 3, чем шунтируется входМДП-транзистора 1. Сопротивление в его50 цепи затвор-исток становится малым. Тогдазаряд значительной емкости сток-затворМДП-транзистора 1 не приводит к появлению открывающего напряжения затвор-исток. На всем этапе увеличения напряжения55 сток-исток МДП-транзистора 1 в цепи егозатвора обеспечиваешься достаточно малоесопротивление. Выбором типа транзистора3, обладающего малым сопротивлением насыщения, можно достичь полного исключения негативного влияния емкостиЗаказ 2604 , Тираж, Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 сток-затвор, Длительность открытого состояния транзистора 3 определяется наличием или отсутствием тока заряда демпфирующей цепи 7, 8. Ток в этой цепи существует до тех пор, пока имеется увеличение напря жение на стоке МДП-транзистора 1. По окончании формирования фронта этого напряжения, когда прекращается ток заряда конденсатора 7, заканчивается и ток базы транзистора 3, вызывая его запирание, 10 После того как МДП-транзистор 1 запрется, конденсатор 7 заряжается до амплитудного значения напряжения. Его разряд происходит после открывания МДП транзистора 1 на резистор 6, величина сопротивления которого определяет ток разряда, а следовательно, и дополнительный ток, протекающий по открытому МДП- транзистору 1, и его длительность. 20Таким образом, в предлагаемой схеме обеспечивается достаточно эффективное шунтирование цепи затвора МДП-транзистора 1 на.этапе существования увеличения напряжения сток-исток. Форсированное от крывание транзистора 3 обеспечивается на всем этапе существования фронта напряжейия сток-исток. Управление транзистором 3 осуществляется достаточно просто без применения специальных транзисторных уп равляющих схем. В последовательной цепи перезаряда емкости затвор-исток МДПтранзистора отсутствуют какие-либо элементы.Следовательно, использование предлагаемой схемы повышает надежность работы полевого транзисторного ключа как за счет упрощения ее, так и засчет повышения быстродействия, так как при этом снижаются коммутационные потери в МДП-транзистдре,В качестве транзистора 3 может быть использован не только биполярный. но и маломощный МДП-транзистор,формула изобретения ГГблевой транзисторный ключ, содержащий ключевой МДП-транзистор, включенный между силовым и общим выводами ключа, параллельно затвору и истоку МДП- транзистора включен транзистор, к базе которого подключен катод первого диода, анод которого соединен с общей шиной, коллектор транзистора соединен с шиной управления, между базой транзистора и стоком МДП-транзистора включены последовательно соединенные первый и второй резисторы, к точке соединения которых подключена первая обкладка конденсатора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, введен второй диод, анод которого соединен со стоком МДП-транзистора, а катод - с первой обкладкой конденсатора; вторая обкладка которого соединена с базой транзистора.