7.2 Ключ на мощном мдп – транзисторе

Ключ с резистивной нагрузкой по схеме с общим истоком показан на рис.7.3.

Поскольку все мощные МДП–транзисторы имеют структуру с индуцированным каналом, при выполнении условия U_зи<U_o (где U_o – пороговое напряжение на проходной характеристики транзистора) ключ заперт, а напряжение U_си = E. Обычно в закрытом состоянии ключа U_зи = 0. Однако для высоковольтных транзисторов с целью защиты от всплесков стокового напряжения рекомендуется устанавливать небольшое отрицательное смещение порядка 2…5В. Амплитуда положительного входного импульса , открывающего ключ, составляет 12…15В.

Переходной процесс включения состоит из трех этапов: задержки включения, фронта нарастания и установления напряжения во входной цепи транзистора.

На первом этапе при постоянном напряжении в цепи стока (U_си = E) осуществляется заряд входной емкости транзистора С_вх от источника входного напряжения. Задержка включения t_зад определяется из условия U_зи(t_зад) = U_o:

t_зад = R_вх∙C_вх∙ .

На втором этапе включения транзистор отпирается и по цепи нагрузки начинает протекать ток. Из-за действия отрицательной обратной связи через проходную емкость С_зс напряжение во входной цепи транзистора практически не изменяется (немного возрастает до порогового значения U_пор = U_o+ ).Длительность перезаряда проходной емкости определяет изменение напряжения на транзисторе и определяется по формуле:

t_r = R_вх∙ С_зс∙ .

На последнем этапе процесса включения транзистор находится в открытом состоянии, при этом входное напряжение возрастает с постоянной времени

τ = R_вх∙C_вх до максимального значения . Длительность этого этапа равна:

t_c = 3∙R_вх∙C_вх.

Переходный процесс выключения также проходит в три этапа. Сначала, при переключении входного напряжения, происходит разряд входной емкости до порогового напряжения. Ток ключа при этом не изменяется и длительность задержки выключения определяется по формуле:

t_зад- = R_вх∙C_вх∙ .

Затем наступает этап выключения тока стока под действием сильной отрицательной обратной связи через проходную емкость С_зс. Длительность этапа спада равна:

t_f = R_вх∙C_зс∙ .

На заключительном этапе выключения происходит установление входного напряжения до значения с постоянной времени R_вх∙C_вх. Длительность этапа установления:

t_c = 3∙R_вх∙C_вх.

Временные диаграммы переключения МДП – транзистора показаны на рис.7.4.

Времена задержки при включении и выключении уменьшаются с возрастанием перепада напряжения E_вх. Наименьшие значения времени задержки обеспечивает заряд (разряд) входной емкости от источника постоянного тока. Фронты переключения в основном определяются проходной емкостью С_зс. Скорость изменения напряжения на ключе определяется режимом входной цепи, сопротивление которой R_вх определяет временные параметры.

7.3 Ключ на биполярном транзисторе с изолированным затвором

Переходный процесс переключения IGBT во многом идентичен переключению мощного МДП – транзистора, за исключением спада силового тока.

Этап включения состоит из стадии задержки, нарастания тока коллектора и установления напряжения во входной цепи ключа. Временные интервалы каждой стадии рассчитываются также, как и для ключа на МДП – транзисторе. При переключении входного сигнала до отрицательного уровня начинается процесс запирания, первый этап которого представляет задержку выключения. Затем наступает стадия спада коллекторного тока, которая разделяется на две фазы. Первая фаза характеризуется высокой скоростью изменения тока (инжекционная фаза), затем скорость спада коллекторного тока уменьшается (рекомбинационная фаза). Эта фаза называется хвостовой частью коллекторного тока, ухудшающей частотные свойства ключа.