Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5 - Федорочев

распределением тока между ними. При этом коммутируемый ток можно существенно увеличить, а параллельное соединение приборов можно рассматривать как один прибор с эквивалентной крутизной S = S1 + S2 + … + Sn,

током насыщения Is = Is N, и напряжением насыщения одного транзистора. Необходимо учитывать, что при этом возрастает суммарная входная ёмкость, которая главным образом определяет время переключения тока в нагрузке.

Разброс токов между параллельно включёнными транзисторами обусловлен разбросом крутизны, и как правило, не превышает 10….15 % при управлении импульсами с большой амплитудой (12…15 В) и высокой скоростью нарастания (tвх = 2…3 нс). При Uзи = 12…14 В наблюдается явное насыщение тока стока, поэтому превышать это значение нецелесообразно.

К достоинствам V-МДП транзисторов можно отнести следующее:

— большие коммутируемые мощности;

— малое сопротивление во включённом состоянии;

— малую мощность по цепи управления;

— высокое быстродействие (например, транзистор КП912 способен коммутировать ток до 20 А за время, не превышающее 70…100 нс);

— возможность управления однополярными импульсами.

Для реализации минимального времени переключения (до 20…30 нc) транзисторы должны работать совместно с генераторами, имеющими малое выходное сопротивление. Технические характеристики транзисторов типа КП922 показывают, что их применение в различных импульсных устройствах позволяет повышать рабочую частоту до 200…500 кГц и более, что в свою очередь даёт значительное уменьшение габаритов и массы их реактивных элементов.

По совокупности частотных, временных и энергетических параметров мощные V-МДП транзисторы превосходят мощные биполярные транзисторы.

Их недостаток: — большой остаточный ток до нескольких десятков миллиампер, что снижает КПД формирователя при большой скважинности импульсов.

Благодаря высокому быстродействию эти транзисторы могут найти применение для создания лазерных систем ночного видения, целеуказания, и т. д., источники импульсного электропитания которых должны обеспечивать преобразование постоянного напряжения в импульсы тока амплитудой до 100 А, длительностью 50…100 нc и частотой повторения 1…10 кГц. Для уменьшения динамических потерь в лазерах длительность фронта и среза токовых импульсов должна быть минимально возможной (не более 10…20 нc).

Разновидностью ПТ являются транзисторы со статической индукцией (СИТ) — ПТ с изоляцией затвора при помощи р-n перехода. В настоящее время за рубежом созданы СИТ, способные коммутировать мощности в сотни киловатт с временем переключения около 300 не. Как правило, СИТ имеют нормально открытый канал, поэтому при их использовании необходимо подавать питающее напряжение на схему управления раньше, чем на силовой ключ (в противном случае возможен переход транзистора в открытое состояние из-за ёмкостного делителя Сзи-Сзс), что в ряде случаев ограничивает их применение. При выключении необходимо использовать накопление и хранение заряда во входной ёмкости СИТ.

Транзистор имеет два режима:

I — соответствует работе полевого транзистора с управляющим р-n переходом.

При отрицательном напряжении на затворе его сопротивление Rси достаточно большое:

II — соответствует работе биполярного транзистора. При положительном напряжении на затворе р-n переход открывается и появляется ток Iз, при достаточно большой его величине Rси становится очень малым.

Достоинства:

— малое сопротивление сток-исток в биполярном режиме (в несколько раз меньше, чем у биполярных транзисторов и в десятки раз меньше чем у полевых). Например, 2П926 имеет сопротивление Rси = 0,03 Ом при токе стока 10 А;

— более низкое значение остаточного тока по сравнению с ПТ;

— более высокое быстродействие по отношению к биполярным транзисторам, в основном, за счёт уменьшения времени рассасывания (т. е. времени выключения);

— обладает близкими к триоду характеристиками.

Одна из последних разработок СИТ — КП948 с вертикальным нормально закрытым каналом n-типа, работающий при прямом смещении на затворе, Uзи max = 5 В. Схема включения аналогична включению биполярных n-р-n транзисторов. Предназначен для применения в быстродействующих силовых схемах радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Применение его вместо КТ858, КТ859, КТ872 и т. п. позволяет в 2 раза снизить потери мощности на переключение и упростить схемотехнику цепей управления.

Представляет интерес модификация СИТ — статически индуцированный транзистор биполярного типа (БСИТ). По токовым возможностям БСИТ эквивалентен биполярному транзистору, но время его переключения значительно меньше. Выходные характеристики аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, однако область безопасной работы аналогична СИТ.

Параметры некоторых отечественных МПТ приведены в таблице:

Применение СИТ позволяет отказаться от традиционных схем пуска:

Схема пуска(VD1, C1) включена в цепь, обеспечивающую запирание силового транзистора.

При подаче входного напряжения через транзистор VТ2 начинает протекать ток, наводя ЭДС в обмотке II трансформатора. Конденсатор С1 заряжается до напряжения запирания транзистора VT2, после чего разряжается через R2, затвор-исток. Процесс повторяется, пока не появится напряжение питания схемы управления (СУ).

Второй пример применения МПТ, в том числе и СИТ, показан на этом рисунке:

В качестве БТ применён мощный низковольтный быстродействующий транзистор. С резистора R2 снимается сигнал обратной связи для защиты от перегрузки и КЗ. Возможный вариант управления транзисторным ключом короткими импульсами:

Транзистор VT1 служит для ускоренного разряда С1 и входной ёмкости силового транзистора, VD1 — для увеличения помехоустойчивости.

Вариант ключа с трансформаторным управлением для применения в двухтактном преобразователе с ШИМ — регулировкой:

Сочетание ПТ и биполярного транзисторов позволяет получить так называемые "разумные ключи", которые требуют маломощной схемы управления:

Такой составной транзистор эквивалентен ПТ с крутизной в h21э раза большей Напряжение управления рассчитывается по формуле:

Uвх >= Ikm/(S*h21э).

Управление тиристорным эквивалентом при помощи ПТ:

Для включения и выключения достаточно короткого импульса.

Улучшенный вариант электронного ключа ШИМ — регулятора на биполярных транзисторах с уменьшенным временем рассасывания:

В отличии от схемы Бейкера (см. раздел 1), где уменьшение рассасывания обусловлено стабилизацией коэффициента насыщения, в данной схеме введено форсированное рассасывание VT3 с помощью дополнительного транзистора VT4, вход которого через дифференцирующую цепь C1R4 подаются импульсы инвертированного входного ШИМ сигнала, открывающие его в момент окончания входного импульса. В результате время рассасывания существенно уменьшается. Такая схема позволяет получить высокую линейность ШИМ — регулирования при малой параметрической чувствительности, т. е. зависимости Uвых и КПД от изменения рабочей температуры, питания, нагрузки, замены транзисторов и т. д. Применение полевых транзисторов позволяет значительно упростить схемотехнику. Применение МПТ в импульсных регуляторах напряжения с гальванической связью входа и выхода позволяет получить КПД до 0,95 при частоте ШИМ — регулирования