Транзисторный ключ

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1786653 17/687 151)5 Н ЕТЕНИ ЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского ийститута железнодорожного транспорта(56) Бачурин В,В., Дькснов В.ПЛевин А.В., Смердов Ю,В, Мощные высоковольтные ключевые МДП-транзисторы для безтрансформаторных источников питания. Электричество, 1.986, Ь 3, с. 56-58.Окснер Э.С, Мощные полевые транзисторы и их применение. М,: Радиои связь, 1985, с.97, рис, 424.(57) 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 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.ХИзобретение 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.За 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 отнапряжения 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 егоневысокое 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 странзистором является интегратором Миллера, в значительной степени снижая коэффициент усиления транзисторного ключа.Эффект Миллера не дает воэможности получить достаточно малую длительность спада напряжения сток-исток или фронта тока стока.Цель изобретения - устранение этогонедостатка, а именно - увеличение быстродействия полевого транзисторного ключа при включении МДП-транзистора.Указанная цель достигается тем, что визвестный полевой транзисторный ключ . введен трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно в цепь стока и нагрузки, а вторичная обмотка через диод подключена ко входу МДП- транзистора, Этим обеспечивается увеличение напряжения затвор-исток в момент формирования фронта тока стока и компенсируется его снижение за счет дей 45 50 са по шине 10 начинает заряжаться входная(затвор-исток) МДП-транзистора 1. Транзистор 1 при этом заперт. Когда напряжение вится его ток стока. 10152025303540 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 импульсотрицательной 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 заявляемоетехническое решение отличается от известного введением трансформатора тока и диода и их связей с элементамитранзисторного 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 известноНа 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 иконец 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 3скорость включения транзистора 1 будет определяться, 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 сопротивленияопределяется шунтированием полезного открывающего 510 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 3должен 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 е активном режиме.Следовательно, применение предлагае 20 25 30 Формула изобретения1. Транзисторный ключ, содержащий МДП-транзистор, исток которого соединен с общей шиной и анодом стабилитрона, ка. тод которого подключен к затвору МДП- транзистора, и нагрузку,которая соединена 35 одним выводом с шиной питания, о т л и ч а. ка, начало и конец первичной обмотки которого соединены с другим вьводом 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, о тл и ч а ю щи й с я тем,. что, с целью повышения быстродействия, вСоставитель Б.СергеевТехред М,Моргентал Корректор М.Андрушенко Редактор Заказ 256 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 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 сопротивлениемисточника 10 управляющих импульсов и емкость затвор-исток МДП-транзистора 1.При прочих равных условиях появлениеувеличенного напряжения на затворе МДП- транзистора 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 будет прямо пропорционально зависеть от скорости его переключения.Для защиты затвора транзистора 1 отчрезмерного увеличения входного напряжения служит стабилитрон 7, ограничивающий максимум напряжения до нормированного максимального уровня, задаваемого техни: ческими условиями на МДП-транзистор,Таким образом, в предлагаемой схемедостигается 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 щ и й с я тем, что; с целью повышения быстродействия, введен трансформатор то 50 него введен резистор, который подключен параллельно диоду,