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.430104.001-01 ТУ, 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, содержщий трансформатор, резистор, диоды и два транзистора, эмиттеры и базы двух взаимодополняющих транзисторов соединены 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, резистор, диод и два транзистора p-n-р- и n-p-n-типа, эмиттер транзистора p-n-р подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой соединен с истоком МДП-транзистора и через резистор - с базой транзистора p-n-р, коллектор которого через диод в отпирающем направлении соединен с затвором МДП-транзистора, в трансформатор введена дополнительная вторичная обмотка, начало которой соединено с концом вторичной обмотки трансформатора, а конец дополнительной вторичной обмотки через дополнительно введенный резистор соединен с базой n-p-n- транзистора, переход коллектор-эмиттер которого подключен параллельно выводам затвор-исток МДП-транзистора.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема силового ключа на МДП-транзисторе (для упрощения чертежа на нем не показаны базо-эмиттерные резисторы транзисторов 4 и 5).
Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит: трансформатор (1) с первичной обмоткой (2) и вторичной обмоткой (3); два транзистора (4) и (5) p-n-р- и n-p-n-типа; эмиттер транзистора (4) соединен с началом обмотки (3), а коллектор - через диод (6) в отпирающем направлении с затвором МДП-транзистора (7); конец обмотки (3) соединен непосредственно с истоком МДП-транзистора (7) и через резистор (8) с базой транзистора (4); начало дополнительной вторичной обмотки (9) соединено с концом обмотки (3); конец обмотки (9) через дополнительный резистор (10) соединен базой транзистора (5), переход коллектор-эмиттер которого подключен параллельно выводам затвор-исток МДП-транзистора(7).
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) поступает на эмиттер транзистора (4), а отрицательный потенциал с конца вторичной обмотки (3) поступает на исток МДП-транзистора (7) и через резистор (8) на базу транзистора (4) типа p-n-р и он открывается, и положительный потенциал с начала вторичной обмотки (3) через открытый транзистор (4) и диод (6) поступает на затвор МДП-транзистора (7), отрицательный потенциал с конца вторичной обмотки (3) непосредственно поступает на исток МДП-транзистора (7), происходит быстрый заряд емкости затвор-исток МДП-транзистора (7), и он открывается.
В паузе между короткими положительными импульсами на вторичной обмотке (3) на конце дополнительной вторичной обмотки (9) присутствует небольшое положительное напряжение, но его величины недостаточно для открывания транзистора (5) по цепи эмиттер транзистора (5), обмотка (9), резистор (10), база транзистора (5), 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 конце дополнительной вторичной обмотки (9) появляются положительные импульсы, которые через резистор (10) будут открывать транзистор (5), 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 (5) и исключено отрицательное напряжение на затворе и, следовательно, повышена надежность при воздействии тяжелых заряженных частиц.
Опытный образец устройства был собран на трансформаторе ТИЛ2 В, резисторах R(8)=R(10)=470 Ом и Rб-э(4)=Rб-э(5)=240 Ом, МДП-транзисторе (7) 2П794А4, диоде (6) 2Д510А и транзисторах 2Т313А, 2Т3117А.
При управлении импульсами с амплитудой 7 В длительностью 10 мкс и периодом 112 мкс, время включения составило 0,5 мкс, выключения -0,1 мкс, при Uзи макс=6,5 В, Uзи мин=0,012 В.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.