RU2396706C1

RU2396706C1 - Power key on mis transistor

Info

Publication number: RU2396706C1
Application number: RU2009122161/09A
Authority: RU
Inventors: Павел Васильевич Михеев (RU); Павел Васильевич Михеев; Виктор Викторович Прудков (RU); Виктор Викторович Прудков
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-08-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: to power key on MIS transistor, which contains transformer, transistors of similar conductivity, the collector-emitter junctions of which are shunted with diodes in locking direction, and base-emitter junctions - with resistors, collector of one of transistors is connected to the gate of MIS transistor, emitters of transistors are directly connected, and collector of the other transistor is connected to the beginning of secondary transformer winding the end of which is directly connected to the source of MIS transistor, additional secondary transformer winding is connected to bases of transistors; the beginning of additional winding is connected to the base of that transistor the collector of which is connected to the beginning of secondary transformer winding. To the device there introduced is additional resistor, diode and bipolar transistor of similar conductivity of MIS transistor; at that, the first output of additional resistor is connected to the source of MIS transistor and to the base of additional transistor the collector of which is connected through additional diode in conducting direction to the gate of MIS transistor; the second output of additional resistor is connected to emitter of additional transistor and output of the key.

EFFECT: improving reliability during operation for capacitive load.

1 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных коммутационных устройствах.The invention relates to a pulse technique and can be applied in various switching devices.

Известен силовой ключ, содержащий разделительный трансформатор, два взаимодополняющих биполярных транзистора, конденсаторы, резисторы и диоды (Высокочастотные конверторы на мощных МДП-транзисторах. / Б.В.Кабелев - ЭТвА, 1984, вып.15, с.27, рис.5).Known power switch containing an isolation transformer, two complementary bipolar transistors, capacitors, resistors and diodes (High-frequency converters on high-power MOS transistors. / B.V. Kabelev - ETvA, 1984, issue 15, p. 27, Fig. 5) .

Однако этот ключ не позволяет коммутировать длительные импульсы.However, this switch does not allow switching long pulses.

Наиболее близкими к предлагаемому по технической сущности является силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий транзисторы одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами в запирающем направлении, а переходы база-эмиттер резисторами, коллектор одного из транзисторов подключен к затвору МДП-транзистора, трансформатор, эмиттеры транзисторов соединены непосредственно, а коллектор другого транзистора подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора, кроме того, дополнительная вторичная обмотка трансформатора подключена к базам транзисторов, причем начало дополнительной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора (патент РФ, №2263393), который выбран в качестве прототипа.The closest to the proposed technical essence is the power switch on the MOS transistor, which contains transistors of the same conductivity, the collector-emitter junctions of which are shunted by the diodes in the locking direction, and the base-emitter junctions are resistors, the collector of one of the transistors is connected to the gate of the MOS transistor, the transformer , emitters of transistors are connected directly, and the collector of another transistor is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer, the end of which is directly connected to the source of the MOS transistor, in addition, the additional secondary winding of the transformer is connected to the bases of the transistors, and the beginning of the additional winding is connected to the base of that transistor, the collector of which is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer (RF patent, No. 2263393), which is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая надежность при работе на емкостную нагрузку.The disadvantage of the prototype is not high enough reliability when working on capacitive load.

Целью изобретения является повышение надежности.The aim of the invention is to increase reliability.

Поставленная цель достигается тем, что в силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий транзисторы одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами в запирающем направлении, а переходы база-эмиттер резисторами, коллектор одного из транзисторов подключен к затвору МДП-транзистора, трансформатор, эмиттеры транзисторов соединены непосредственно, а коллектор другого транзистора подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора, дополнительная вторичная обмотка трансформатора подключена к базам транзисторов, причем начало дополнительной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, введены дополнительные резистор, диод и транзистор одинаковой проводимости с уже имеющимися, дополнительный резистор включен между истоком МДП-транзистора и концом вторичной обмотки трансформатора, к которой подключен эмиттер дополнительного транзистора, коллектор которого через дополнительный диод в проводящем направлении подключен к затвору МДП-транзистора, а база подключена к истоку МДП-транзистора.This goal is achieved by the fact that the power switch on the MOS transistor contains transistors of the same conductivity, the collector-emitter junctions of which are connected by diodes in the locking direction, and the base-emitter junctions are resistors, the collector of one of the transistors is connected to the gate of the MOS transistor, transformer, emitters of transistors are connected directly, and the collector of another transistor is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer, the end of which is directly connected to the source of the MOS transistor, additional An additional secondary winding of the transformer is connected to the bases of the transistors, and the beginning of the additional winding is connected to the base of the transistor, the collector of which is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer, an additional resistor, diode and transistor of the same conductivity are introduced with the existing ones, an additional resistor is connected between the source of the MOS transistor and the end of the secondary winding of the transformer, to which the emitter of the additional transistor is connected, the collector of which through the additional diode in the conductive m direction is connected to the gate of the MOS transistor, and the base is connected to the source of the MOS transistor.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема силового ключа на МДП-транзисторе.The drawing shows a circuit diagram of a power switch on an MOS transistor.

Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит транзисторы 1 и 2 одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами 3 и 4, включенными в запирающем направлении, а переходы база-эмиттер - резисторами 5 и 6, причем эмиттеры транзисторов 1 и 2 соединены непосредственно, трансформатор 7 с первичной обмоткой 8 и вторичной обмоткой 9. Трансформатор 7 выполнен с дополнительной вторичной обмоткой 10. Крайние выводы дополнительной вторичной обмотки 10 подключены к базам транзисторов 1 и 2, причем начало дополнительной вторичной обмотки 10 подключено к базе транзистора 1, а конец - к базе транзистора 2, начало вторичной обмотки 9 подключено к коллектору транзистора 1, а конец через резистор 12 к истоку МДП-транзистора 11, затвор которого подключен к коллектору транзистора 2.The power switch on the MOS transistor contains transistors 1 and 2 of the same conductivity, the collector-emitter junctions of which are shunted by diodes 3 and 4, turned on in the locking direction, and the base-emitter junctions by resistors 5 and 6, and the emitters of transistors 1 and 2 are connected directly. a transformer 7 with a primary winding 8 and a secondary winding 9. The transformer 7 is made with an additional secondary winding 10. The extreme terminals of the additional secondary winding 10 are connected to the bases of transistors 1 and 2, and the beginning of the additional secondary Second winding 10 is connected to the base of transistor 1, and the end - to the base of transistor 2, the beginning of the secondary winding 9 is connected to the collector of the transistor 1, and the end through a resistor 12 to the source of MOS transistor 11 whose gate is connected to the collector of transistor 2.

Эмиттер транзистора 13 непосредственно подключен к точке соединения резистора 12 с концом вторичной обмотки трансформатора 9, коллектор транзистора 13 через диод 14 в проводящем направлении соединен с затвором МДП-транзистора 11, а база соединена с истоком МДП-транзистора 11.The emitter of the transistor 13 is directly connected to the connection point of the resistor 12 with the end of the secondary winding of the transformer 9, the collector of the transistor 13 through the diode 14 in the conductive direction is connected to the gate of the MOS transistor 11, and the base is connected to the source of the MOS transistor 11.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 8 трансформатора 7 коротких положительных импульсов с большой скважностью на вторичной обмотке 9 и дополнительной вторичной обмотке 10 трансформатора 7 также появляются короткие положительные импульсы с большой скважностью.When applying to the input of the device on the primary winding 8 of the transformer 7 short positive pulses with a high duty cycle on the secondary winding 9 and the additional secondary winding 10 of the transformer 7 also short positive pulses with a large duty cycle appear.

Положительный потенциал с начала вторичной обмотки 9 и с начала дополнительной вторичной обмотки 10 поступает соответственно на коллектор транзистора 1 и в цепь его базы по цепи - база транзистора 1, дополнительная вторичная обмотка 10, резистор 6, эмиттер транзистора 1. Транзистор 1 открывается и положительный потенциал с начала вторичной обмотки 9 через транзистор 1 и диод 4 поступает на затвор МДП-транзистора 11, отрицательный же потенциал с конца вторичной обмотки 9 через низкоомный резистор 12 поступает на исток МДП-транзистора 11, происходит быстрый заряд емкости затвор-исток МДП-транзистора 11 и он открывается.The positive potential from the beginning of the secondary winding 9 and from the beginning of the additional secondary winding 10 is supplied respectively to the collector of transistor 1 and to the circuit of its base through the circuit - the base of transistor 1, additional secondary winding 10, resistor 6, emitter of transistor 1. Transistor 1 opens and positive potential from the beginning of the secondary winding 9 through the transistor 1 and the diode 4 goes to the gate of the MOS transistor 11, the negative potential from the end of the secondary winding 9 through the low-impedance resistor 12 goes to the source of the MOS transistor 11 Red Fast charge capacity gate-source voltage of MOS transistor 11, and it opens.

В паузе между короткими положительными импульсами на вторичной обмотке 9 присутствует небольшое отрицательное напряжение, но его величины не достаточно для открывания диода 3, к базе транзистора 2 будет приложено небольшое положительное напряжение, не достаточное для его открывания по цепи - база транзистора 2, дополнительная втоичная обмотка 10, резистор 5, эмиттер транзистора 2, и он будет закрыт, емкость затвор-исток МДП-транзистора 11 остается заряженной положительным напряжением и, следовательно, он остается открытым.In the pause between short positive pulses on the secondary winding 9 there is a small negative voltage, but its value is not enough to open the diode 3, a small positive voltage will be applied to the base of transistor 2, not enough to open it along the circuit - the base of transistor 2, an additional secondary winding 10, the resistor 5, the emitter of the transistor 2, and it will be closed, the gate-source capacitance of the MOS transistor 11 remains charged with a positive voltage and, therefore, it remains open.

При увеличении тока, протекающего через МДП-транзистор 11, увеличивается и падение напряжение на резисторе 12, при достижении напряжения, достаточного для открывания перехода база-эмиттер транзистора 13, транзистор 13 открывается и через диод 14 шунтирует цепь затвор-исток МДП-транзистора 11, препятствуя дальнейшему увеличению тока через МДП-транзистор 11.With an increase in the current flowing through the MOS transistor 11, the voltage drop across the resistor 12 also increases, when a voltage is sufficient to open the base-emitter junction of the transistor 13, the transistor 13 opens and the gate-source circuit shunts the MIS transistor 11 through the diode 14, preventing a further increase in current through the MOS transistor 11.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 8 трансформатора 7 коротких отрицательных импульсов с большой скважностью происходят аналогичные процессы, т.к. схема передачи потенциала от начала вторичной обмотки 9 трансформатора 7 к затвору МДП-транзистора 11 симметричная, при этом емкость затвор-исток МДП-транзистора 11 перезаряжается - на затвор относительно истока поступает отрицательное напряжение и МДП-транзистор 11 закрывается.When applying to the input of the device on the primary winding 8 of the transformer 7 short negative pulses with a high duty cycle, similar processes occur, because the potential transfer circuit from the beginning of the secondary winding 9 of the transformer 7 to the gate of the MOS transistor 11 is symmetrical, while the gate-source capacitance of the MOS transistor 11 is recharged - a negative voltage is applied to the gate relative to the source and the MOS transistor 11 is closed.

Диод 14 исключает разряд емкости затвор-исток МДП-транзистора 11 при отрицательном напряжении на затворе относительно истока. Надежность предложенного устройства выше за счет того, что максимальный ток стока МДП-транзистора 11 ограничен соответствующим выбором номинала резистора 12.The diode 14 eliminates the discharge of the gate-source capacitance of the MOS transistor 11 at a negative gate voltage relative to the source. The reliability of the proposed device is higher due to the fact that the maximum drain current of the MOS transistor 11 is limited by the appropriate choice of the value of the resistor 12.

Опытный образец устройства был собран на транзисторной матрице 1НТ251, диодах 2Д522Б, трансформаторе ТИЛ2В, МДП-транзисторе 2П793А2, резисторах 5 и 6 - 200 Ом, резисторе 12-0,048 Ом, коммутировал ток 5А с ограничением тока 10А.A prototype device was assembled on a 1NT251 transistor matrix, 2D522B diodes, TIL2V transformer, 2P793A2 MOS transistor, resistors 5 and 6 - 200 Ohms, resistor 12-0.048 Ohms, switched current 5A with a current limit of 10A.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.Of the patent information materials known to the applicant, no signs were found that are similar to the totality of the features of the claimed object.

Claims

Силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий транзисторы одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами в запирающем направлении, а переходы база-эмиттер резисторами, коллектор одного из транзисторов подключен к затвору МДП-транзистора, трансформатор, эмиттеры транзисторов соединены непосредственно, а коллектор другого транзистора подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора, кроме того, дополнительная вторичная обмотка трансформатора подключена к базам транзисторов, причем начало дополнительной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки транформатора, отличающийся тем, что введены дополнительный резистор, диод и биполярный транзистор аналогичной проводимости МДП-транзистора, причем первый вывод дополнительного резистора подключен к истоку МДП-транзистора и к базе дополнительного транзистора, коллектор которого через дополнительный диод в проводящем направлении соединен с затвором МДП-транзистора, второй вывод дополнительного резистора соединен с эмиттером дополнительного транзистора и выходом ключа. A power switch on an MIS transistor containing transistors of the same conductivity, the collector-emitter junctions of which are shunted by the diodes in the locking direction, and the base-emitter junctions are resistors, the collector of one of the transistors is connected to the gate of the MOS transistor, the transformer, the emitter of the transistors are connected directly, and the collector another transistor is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer, the end of which is directly connected to the source of the MOS transistor, in addition, an additional secondary winding the transformer is connected to the bases of the transistors, and the beginning of the additional winding is connected to the base of that transistor, the collector of which is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer, characterized in that an additional resistor, diode and bipolar transistor of the same conductivity of the MOS transistor are introduced, and the first output of the additional resistor is connected to the source of the MOS transistor and to the base of the additional transistor, the collector of which is connected through an additional diode in the conducting direction to the gate of the MOS transistor nzistor, the second output of the additional resistor is connected to the emitter of the additional transistor and the output of the key.