СИЛОВОЙ КЛЮЧ НА МДП-ТРАНЗИСТОРЕ
MIS-TRANSISTOR BASED POWER SWITCH

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, резистор, диоды и два транзистора, эмиттеры и базы двух взаимодополняющих транзисторов, соединенные непосредственно;
эмиттеры транзисторов подключены к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой подключен к истоку МДП-транзистора и через резистор к базам транзисторов, коллекторы которых через диоды в отпирающем направлении подключены к затвору МДП-транзистора (патент RU №2337473), который выбран в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является двухполярное управление МДП-транзистором, что уменьшает его устойчивость к эффекту SEGR и приводит к понижению надежности.
Целью изобретения является повышение надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий трансформатор, ограничительный резистор, два диода и транзистор n-р-n типа, между базой и эмиттером которого включен резистор, конец вторичной обмотки трансформатора соединен с истоком МДП-транзистора, в трансформатор введена дополнительная вторичная обмотка, начало которой соединено с концом вторичной обмотки трансформатора, а конец дополнительной вторичной обмотки через ограничительный резистор соединен с базой n-р-n транзистора, переход коллектор-эмиттер которого подключен параллельно выводам затвор-исток МДП-транзистора, дополнительно введены третий диод и два конденсатора, все диоды и конденсаторы включены по схеме умножителя положительных импульсов, вход умножителя напряжения подключен ко вторичной обмотке трансформатора, а выход - к выводам затвор - исток МДП-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), конец которой соединен с истоком МДП-транзистора (4) и началом дополнительной вторичной обмотки (5), конец которой через ограничительный резистор (6) подключен к базе транзистора (7) n-р-n типа, переход коллектор-эмиттер которого подключен параллельно выводам затвор-исток МДП-транзистора(4); между базой и эмиттером транзистора (7) включен резистор (8); три диода (9, 10, 11) и два конденсатора (12, 13) включены по схеме умножителя положительных импульсов; вход умножителя напряжения подключен ко вторичной обмотке (3) трансформатора (1), а выход - к выводам затвор - исток МДП-транзистора (4).
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, которые поступают на вход умножителя напряжения (элементы 9-13), и далее с его выхода положительное напряжение поступает на затвор МДП-транзистора (4) - происходит заряд емкости затвор-исток и он открывается.
В паузе между импульсами на обмотке (3) присутствует небольшое отрицательное напряжение, но к затвору МДП-транзистора (4) его не пропускает умножитель напряжения (элементы 9-13), величины положительного напряжения, поступающего с конца обмотки (5) через резистор (6) на базу транзистора (7), недостаточно для его открывания, и он будет закрыт. Емкость затвор-исток МДП-транзистора (4) остается заряженной положительным напряжением и, следовательно, он остается открытым.
При подаче на вход устройства на первичную обмотку (2) трансформатора (1) коротких отрицательных импульсов на конце дополнительной вторичной обмотки (5) появляются положительные импульсы, которые через резистор (6) будут периодически открывать транзистор (7) и он разрядит емкость затвор-исток МДП-транзистора (4) до напряжения, близкого к нулю, и МДП-транзистор (4) закроется.
В предложенном устройстве сохранено быстродействие прототипа за счет активного шунтирования емкости затвор-исток МДП-транзистора (4) транзистором (7) и исключено отрицательное напряжение на затворе и, следовательно, повышена надежность при воздействии тяжелых заряженных частиц. Кроме того, за счет введения умножителя напряжения появилась возможность уменьшить амплитуду управляющих импульсов, что в некоторых случаях может упростить выбор трансформатора.
Опытный образец устройства был собран на трансформаторе ТИЛ2 В, резисторах R(6)=470 Ом и R(8)=240 Ом, МДП-транзисторе (4) 2П794А4, диодах (9-11) 2Д510А, конденсаторах С(12)=330 пФ, С(13)=6800 пФ и транзисторе 2Т313А.
При управлении импульсами с амплитудой 5 В длительностью 10 мкс и периодом 112 мкс время выключения составило 0,2 мкс, при Uзи макс=9,3 В, Uзи мин=0,12 В.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.