СИЛОВОЙ КЛЮЧ НА МДП-ТРАНЗИСТОРЕ Российский патент 2015 года по МПК H03K17/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных коммутационных устройствах.

Известен силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий разделительный трансформатор, диод и два резистора (микросборки ВКУ8-3.01, КСНЛ.430104.001-01ТУ, параметры которых приведены на листе 4, а структурная схема - на листе 51). Этот ключ имеет гальваническую развязку от цепей управления и однополярное управление МДП-транзистором, что обеспечивает этому ключу устойчивость к пробою подзатворного диэлектрика вдоль трека ядерной частицы (Иванов Н.А., Митин Е.В., Пашук В.В., Тверской М.Г. SEGR-эффект в МОП-транзисторах, облученных протонами. Радиационная стойкость электронных систем, "Стойкость - 2010", научно-технический сборник, выпуск 13, М., 2010, с. 95-96).

Недостатком этого ключа является большое время выключения, т.к. разряд емкости затвор-исток МДП-транзистора происходит через высокоомный разрядный резистор.

Наиболее близким к предлагаемому, по технической сущности, является силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого зашунтирована двумя последовательно соединенными резисторами, конец вторичной обмотки трансформатора соединен непосредственно с истоком МДП-транзистора, к затвору которого анодом подключен стабилитрон; транзистор; диод, анод которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, а катод - к катоду стабилитрона; эмиттер транзистора подключен к точке соединения резисторов, база - к истоку, а коллектор - к затвору МДП-транзистора (патент RU №2469473), который выбран в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются: 1. наличие на затворе, относительно истока МДП-транзистора, отрицательного напряжения, что уменьшает его устойчивость к SEGR-эффекту и приводит к понижению надежности; 2. недостаточно высокое отпирающее напряжение затвор-исток МДП-транзистора из-за падения напряжения на стабилитроне, что также понижает его надежность, т.к. уменьшает запас по напряжению включения.

Задачей изобретения является повышение надежности силового ключа.

Поставленная задача достигается тем, что в силовом ключе на МДП-транзисторе, содержащем трансформатор, вторичная обмотка которого зашунтирована двумя последовательно соединенными резисторами, диод и транзистор n-р-n типа, коллектор которого соединен с затвором МДП-транзистора, а эмиттер - с точкой соединения резисторов и истока МДП-транзистора, база транзистора соединена с концом вторичной обмотки трансформатора, анод диода соединен с началом вторичной обмотки трансформатора, а катод с затвором МДП-транзистора, введен дополнительный диод, катод которого соединен с базой, а анод - с эмиттером транзистора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема силового ключа на МДП-транзисторе.

Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит: трансформатор (1) с первичной обмоткой (2) и вторичной обмоткой (3), которая зашунтирована двумя последовательно соединенными резисторами (4) и (5), точка соединения которых подключена к эмиттеру транзистора (6) и к истоку МДП-транзистора (7), база транзистора (6) соединена с концом вторичной обмотки (3), а коллектор - с затвором МДП-транзистора (7); диод (8), анод которого подключен к началу вторичной обмотки (3), а катод к затвору МДП-транзистора (7), диод (9), катод которого подключен к базе транзистора (6), а анод - к эмиттеру транзистора (6).

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку (2) трансформатора (1) коротких положительных импульсов с большой скважностью на вторичной обмотке (3) также появляются короткие положительные импульсы с большой скважностью.

Положительный потенциал с начала вторичной обмотки (3) через диод (8) поступает на затвор МДП-транзистора (7), а отрицательный - с конца вторичной обмотки (3) на исток МДП-транзистора (7) через резистор (4) и параллельно ему соединенный диод (9), происходит быстрый заряд емкости затвор-исток МДП-транзистора (7), и он открывается.

В паузе между короткими положительными импульсами на вторичной обмотке (3) на резисторе (4) присутствует небольшое положительное напряжение, но его величины недостаточно для открывания транзистора (6), и он будет закрыт. Емкость затвор-исток МДП-транзистора (7) остается заряженной положительным напряжением, и, следовательно, он остается открытым.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку (2) трансформатора (1) коротких отрицательных импульсов на начале вторичной обмотки (3) также появляются короткие отрицательные импульсы, которые через резистор (5) будут поступать на эмиттер транзистора (6), на конце вторичной обмотки (3) появляются короткие положительные импульсы, которые будут непосредственно поступать на базу транзистора (6) и периодически открывать его, и он разрядит емкость затвор-исток МДП-транзистора (7) до напряжения, близкого к нулю, и МДП-транзистор (7) закроется.

В предложенном устройстве сохранено быстродействие прототипа за счет активного шунтирования емкости затвор-исток МДП-транзистора (7) транзистором (6) и уменьшено по абсолютной величине до минус 3 мВ отрицательное напряжение на затворе, по сравнению с прототипом в 50 раз и, следовательно, повышена надежность при воздействии тяжелых заряженных частиц.

Опытный образец устройства был собран на трансформаторе ТИЛ2В, резисторе (4) 220 Ом, резисторе (5) 620 Ом, транзисторе (6) 2Т3117А, диодах (8) и (9) 2Д510А, емкость затвор-исток МДП-транзистора (7) имитировалась конденсатором 10 нФ.

При управлении импульсами с амплитудой 9 В длительностью 2,6 мкс и периодом 95 мкс, время нарастания напряжения по уровню 0,1/0,9 на емкости затвор-исток составило 2,5 мкс, а время спада по уровню 0,9/0,1-0,2 мкс Uзи макс=8 В (без диода (9) 6 В), Uзи мин=-0,003 В.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности силового ключа. Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит: трансформатор, вторичная обмотка которого зашунтирована двумя последовательно соединенными резисторами, начало вторичной обмотки трансформатора через диод в отпирающей полярности связано с затвором МДП-транзистора; транзистор n-ρ-n типа, коллектор которого соединен с затвором МДП-транзистора, эмиттер - с точкой соединения резисторов, а база - с концом вторичной обмотки трансформатора; исток МДП-транзистора соединен с точкой соединения резисторов и эмиттера транзистора, введен дополнительный диод, катод которого соединен с базой, а анод - с эмиттером транзистора. 1 ил.

Силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого зашунтирована двумя последовательно соединенными резисторами, начало вторичной обмотки трансформатора через диод в отпирающей полярности связано с затвором МДП-транзистора, и транзистор n-p-n типа, коллектор которого соединен с затвором МДП-транзистора, эмиттер - с точкой соединения резисторов, а база - с концом вторичной обмотки трансформатора, отличающийся тем, что исток МДП-транзистора соединен с точкой соединения резисторов и эмиттера транзистора, введен дополнительный диод, катод которого соединен с базой, а анод - с эмиттером транзистора.