схема управления последовательным ключом на мдп-транзисторе

Формула изобретения

Схема управления последовательным ключом на МДП-транзисторе, содержащая силовой МДП-транзистор, нагрузку, включенную между истоком МДП-транзистора и отрицательной шиной источника питания, управляющий транзистор, последовательно соединенные диод и резистивный делитель, конденсатор, отличающаяся тем, что в нее введены два транзистора, два диода и два резистора, причем переход коллектор-база первого транзистора включен параллельно одному резистору делителя, переход база-эмиттер первого транзистора шунтирован встречно включенным первым диодом, при этом база первого транзистора и катод первого диода соединены с общей точкой резисторов делителя, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и с одним выводом конденсатора, другой вывод которого подключен к истоку МДП-транзистора, переход база-эмиттер второго транзистора зашунтирован встречно включенным вторым диодом, при этом база второго транзистора и катод второго диода соединены с коллектором управляющего транзистора и с выводом другого резистора делителя, а эмиттер второго транзистора через первый резистор соединен с затвором МДП-транзистора, второй резистор установлен параллельно переходу затвор-исток МДП-транзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в импульсных источниках вторичного электропитания. Техническим результатом является повышение КПД и быстродействия МДП-транзисторного ключа.

Техническим решением, принятым за прототип, является схема управления МДП-транзистором, содержащая ключевой силовой МДП-транзистор, сток которого соединен с положительной шиной источника питания, исток соединен с первым выводом нагрузки, второй вывод которой соединен с отрицательной шиной источника питания, затвор транзистора соединен с коллектором управляющего n-p-n транзистора, последовательно соединенные два резистора и диод, анод диода соединен с положительной шиной источника питания, катод соединен с первым резистором, общая точка первого и второго резисторов соединена с первым выводом конденсатора, второй вывод конденсатора соединен с истоком МДП-транзистора, второй вывод второго резистора соединен с коллектором управляющего n-p-n транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательной шиной источника питания (Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985, с.137, 138).

Недостатком прототипа является его невысокое быстродействие, так как при включении МДП-транзистора импульсный ток затвора ограничен высоким значением сопротивления второго резистора, а при выключении МДП-транзистора ток заряда конденсатора ограничен значением сопротивления первого резистора. Уменьшение значения сопротивления второго резистора приведет к увеличению потребляемой мощности, а, учитывая, что значение напряжения затвор-исток Uзи определяется соотношением первого и второго резисторов, необходимо одновременно уменьшить значение и первого резистора. Это предопределит еще более значительное снижение КПД. Технический результат заявленного изобретения - увеличение КПД и повышение быстродействия ключа на МДП-транзисторе.

Технический результат достигается тем, что в схему управления последовательным ключом на МДП-транзисторе, содержащую силовой МДП-транзистор, нагрузку, включенную между истоком МДП-транзистора и отрицательной шиной источника питания, управляющий транзистор, последовательно соединенные диод и резистивный делитель, конденсатор, дополнительно введены два транзистора, два диода и два резистора.

На чертеже представлена предлагаемая схема управления последовательным ключом на МДП-транзисторе, где приняты следующие обозначения:

1 - силовой МДП-транзистор, работающий в режиме ключа;

2 - нагрузка;

3, 4 - резисторы;

11, 12 - резистивный делитель;

5 - конденсатор;

6, 7 - транзисторы;

13 - управляющий транзистор;

8, 9, 10 - диоды;

14 - отрицательная шина источника питания;

15 - положительная шина источника питания.

Схема управления последовательным ключом на МДП-транзисторе содержит силовой транзистор 1, работающий в режиме ключа, сток транзистора 1 соединен с положительной шиной 15 источника питания, исток транзистора 1 подключен к первому выводу нагрузки 2, второй вывод которой соединен с отрицательной шиной 14 источника питания, между затвором и истоком транзистора 1 установлен резистор 3, затвор транзистора 1 соединен с первым выводом резистора 4, второй вывод резистора 4 соединен с эмиттером транзистора 7 и анодом диода 9, катод диода 9 и база транзистора 7 соединены между собой и подключены к коллектору транзистора 13, эмиттер которого подключен к отрицательной шине 14 источника питания, анод диода 10 соединен с положительной шиной 15 источника питания, катод диода 10 соединен с коллектором транзистора 6 и с первым выводом резистора 11, второй вывод резистора 11 соединен с первым выводом резистора 12, второй вывод которого соединен с коллектором транзистора 13, с общей точкой резисторов 11, 12 соединены катод диода 8 и база транзистора 6, его эмиттер соединен с анодом диода 8, с коллектором транзистора 7 и с первым выводом конденсатора 5, второй вывод которого подключен к истоку транзистора 1.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим статический режим - интервалы времени, в течение которого транзисторы находятся в режиме насыщения или отсечки.

Пусть управляющий транзистор 13 открыт и насыщен. Затвор транзистора 1 через резистор 4, диод 9 и открытый транзистор 13 подключен к минусовой шине 14 источника питания. Так как транзистор 1 включен по схеме истокового повторителя, нагрузка 2 включена между истоком транзистора 1 и минусовой шиной 14 источника питания, которая соединена с эмиттером транзистора 13, напряжение затвор-исток транзистора 1 близко к нулю и транзистор 1 закрыт.

В этом режиме на конденсаторе 5 формируется напряжение, необходимое и достаточное для включения транзистора 1.

Транзистор 6 и диоды 9, 10 - открыты, а транзистор 7 и диод 8 - закрыты.

В случае, если управляющий транзистор 13 закрыт, ток через диод 10 и транзистор 6 не течет. В этом режиме конденсатор 5 является источником напряжения для включения транзистора 1. Ток течет от плюсовой обкладки конденсатора 5 через диод 8, транзистор 7 и резисторы 3, 4, заряжая входную емкость транзистора 1, открывает и удерживает его в открытом состоянии. Транзистор 1 открыт.

Транзистор 7 и диод 8 - открыты, а транзистор 6 и диоды 9, 10 - закрыты.

Таким образом ключевой транзистор 1 и управляющий транзистор 13 работают в противофазе.

Рассмотрим динамический режим - интервалы времени, в течение которого транзисторы при переходе из насыщения в отсечку и наоборот работают в линейном режиме.

Предположим, что в исходном состоянии управляющий транзистор 13 закрыт, а транзистор 1 открыт.

В момент формирования фронта базового тока транзистора 13 последний переходит из режима отсечки в режим насыщения.

Следствие этого - одновременно происходящие переходные процессы в схеме:

- разряд емкости Сзи транзистора 1;

- включение транзистора 6 и диодов 9, 10;

- заряд емкости конденсатора 5.

Разряд емкости Сзи транзистора 1 происходит током, протекающим по цепи затвор транзистора 1 - резистор 4 - диод 9 - транзистор 13 - отрицательная шина 14 - нагрузка 2 - исток транзистора 1. Так как транзистор 13 и диод 9 в режиме проводимости имеют низкое динамическое сопротивление, то ток разряда емкости Сзи ограничен только низкоомным значением сопротивления резистора 4.

В цепи положительная шина 15 - диод 10 - резистор 11 - резистор 12 - транзистор 13 - отрицательная шина 14 формируется фронт тока, часть которого включает транзистор 6.

Включение транзистора 6, работающего в линейном режиме, приводит к заряду конденсатора 5 током, протекающим по цепи положительная шина 15 - диод 10 - транзистор 6 - конденсатор 5 - нагрузка 2 - отрицательная шина 14.

В случае, если транзистор 13 открыт, а транзистор 1 закрыт, в момент формирования спада базового тока транзистора 13 последний переходит из насыщения в режим отсечки.

Следствие этого - одновременно происходящие переходные процессы в схеме:

- включение транзистора 7 и диода 8;

- заряд емкости Сзи транзистора 1;

- разряд емкости конденсатора 5.

Возникает ток, протекающий по цепи конденсатор 5 - диод 8 - резистор 12 - переход база-эмиттер транзистора 7 - резистор 4 - резистор 3 - конденсатор 5. Этот ток включает транзистор 7. Заряд емкости Сзи транзистора 1 происходит током, протекающим по цепи конденсатор 5 - транзистор 7 - резистор 4 - затвор транзистора 1 - исток транзистора 1.

Так как транзистор 1, работающий в линейном режиме, имеет низкое динамическое сопротивление, то ток заряда емкости Сзи транзистора 1 ограничен только низкоомным значением сопротивления резистора 4.

Ток заряда емкости Сзи транзистора 1 является током разряда конденсатора 5.

Таким образом, включение в схему двух транзисторов и двух диодов позволяет создать контуры тока для:

- быстрого заряда и разряда емкости Сзи силового транзистора 1 при его переключении;

- быстрого заряда и разряда емкости конденсатора 5 при переключении управляющего транзистора 13.

Следствие этого - снижение потребляемой мощности в динамическом режиме.

Кроме того, схема позволяет установить в цепь коллектора управляющего транзистора резисторы с большим значением сопротивления, что снижает потребляемую мощность в статическом режиме.

Следствием этих режимов работы схемы является уменьшение статических и динамических потерь мощности, а следовательно, увеличение КПД и повышение быстродействия ключа на МДП-транзисторе.