Site Loader

Содержание

Последовательное соединение — транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Последовательное соединение — транзистор

Cтраница 1

Последовательное соединение транзисторов, управляемых сигналами, выдаваемыми триггерами, позволяет использовать один и тот же транзистор, чтобы получить два произведения двух переменных, в которых одна переменная входит общим множителем. Это свойство позволяет экономить элементы.  [1]

Применение последовательного соединения транзисторов в первую очередь позволяет значительно снизить проводимость внутренней обратной связи ( Л12, у12) между входом и выходом схемы, что особенно существенно в области повышенных частот, когда начинает сказываться влияние емкости перехода коллектор-база.  [3]

При последовательном соединении транзисторов в запертом состоянии схемы через сопротивление RK проходит только ток / к обр в отличие от схемы с параллельным включением сопротивления транзисторов, где через RK проходит m токов / к.

 [5]

Так как непосредственное последовательное соединение транзисторов представляет определенные трудности ( подробнее — см. § 11 — 4), при повышенных напряжениях питания предпочтительней применение мостовой или полумостовой схемы.  [6]

В случае последовательного соединения транзисторов ток, определяемый выражением ( 1), течет при включении только в базу одного транзистора.  [7]

Следовательно, схема с

последовательным соединением транзисторов в зависимости от системы задания логических переменных обеспечивает реализацию двух операций.  [9]

На рис. 6.52 показан трюк с последовательным соединением транзисторов для увеличения напряжения пробоя. Транзистор 7 — i управляет последовательно соединенными транзисторами Т2 — Т4, которые делят между собой большое напряжение между коллектором Т2 и выходом. Одинаковые базовые резисторы выбираются достаточно мальгми, чтобы обеспечить полный выходной ток транзисторов. Заметьте, что резисторы смещения дают некоторый выходной ток, даже когда транзисторы выключены, поэтому должна быть минимальная нагрузка на землю для того, чтобы предотвратить подъем выходного напряжения выше стабилизированного уровня.  [11]

Инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме с последовательным соединением транзисторов по четыре в одном плече моста. Для равномерного распределения напряжения между транзисторами при их закрытом состоянии каждый из них шунтирован сопротивлением Rm; величина Rm принимается равной.  [12]

Логическая схема ИЛИ может быть также построена с последовательным соединением транзисторов.  [13]

ВВА-схемы так же, как и однотактной АПН-схемы, позволяет исключить

последовательное соединение транзисторов или ячеек ПРПА-схемы и поэтому является технически оправданным, несмотря на увеличенную массу основных элементов. При выборе между ПРПА — и ВВА-схемами следует учитывать также некоторое усложнение устройства управления ВВА-схемой в случае регулируемых преобразователей ( см. гл.  [14]

Страницы:      1    2    3

Последовательное соединение полевых транзисторов схема

Последовательное соединение – транзистор

Последовательное соединение транзисторов , управляемых сигналами, выдаваемыми триггерами, позволяет использовать один и тот же транзистор, чтобы получить два произведения двух переменных, в которых одна переменная входит общим множителем. Это свойство позволяет экономить элементы. [1]

Применение последовательного соединения транзисторов в первую очередь позволяет значительно снизить проводимость внутренней обратной связи ( Л12, у12) между входом и выходом схемы, что особенно существенно в области повышенных частот, когда начинает сказываться влияние емкости перехода коллектор-база. [3]

При последовательном соединении транзисторов в запертом состоянии схемы через сопротивление RK проходит только ток / к обр в отличие от схемы с параллельным включением сопротивления транзисторов, где через RK проходит m токов / к. [5]

Так как непосредственное последовательное соединение транзисторов представляет определенные трудности ( подробнее – см. § 11 – 4), при повышенных напряжениях питания предпочтительней применение мостовой или полумостовой схемы. [6]

В случае последовательного соединения транзисторов ток, определяемый выражением ( 1), течет при включении только в базу одного транзистора. [7]

Следовательно, схема с последовательным соединением транзисторов в зависимости от системы задания логических переменных обеспечивает реализацию двух операций. [9]

На рис. 6.52 показан трюк с последовательным соединением транзисторов для увеличения напряжения пробоя. Транзистор 7 – i управляет последовательно соединенными транзисторами Т2 – Т4, которые делят между собой большое напряжение между коллектором Т2 и выходом. Одинаковые базовые резисторы выбираются достаточно мальгми, чтобы обеспечить полный выходной ток транзисторов. Заметьте, что резисторы смещения дают некоторый выходной ток, даже когда транзисторы выключены, поэтому должна быть минимальная нагрузка на землю для того, чтобы предотвратить подъем выходного напряжения выше стабилизированного уровня. [11]

Инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме с последовательным соединением транзисторов по четыре в одном плече моста. Для равномерного распределения напряжения между транзисторами при их закрытом состоянии каждый из них шунтирован сопротивлением Rm; величина Rm принимается равной. [12]

Логическая схема ИЛИ может быть также построена с последовательным соединением транзисторов . [13]

ВВА-схемы так же, как и однотактной АПН-схемы, позволяет исключить последовательное соединение транзисторов или ячеек ПРПА-схемы и поэтому является технически оправданным, несмотря на увеличенную массу основных элементов. При выборе между ПРПА – и ВВА-схемами следует учитывать также некоторое усложнение устройства управления ВВА-схемой в случае регулируемых преобразователей ( см. гл. [14]

Одним из наиболее распространенных требований при доработке источ­ников питания является увеличение выходного тока или мощности. Часто это может быть связано со стоимостью и трудностями при проектирова­нии и изготовлении нового источника. Рассмотрим несколько способов увеличения выходной мощности существующих источников.

Первое, что вообще приходит на ум, — параллельное включение мощных транзисторов. В линейном стабилизаторе это относилось бы к проходным транзисторам или, в некоторых случаях, к параллельным стабилизирующим транзисторам. В таких источниках простое соедине­ние одноименных выводов транзисторов обычно не дает практических результатов из-за неравномерного распределения тока между транзисто­рами. При повышении рабочей температуры неравномерное распределе­ние нагрузки становится еще большим до тех пор, пока практически весь ток нафузки не потечет через один из транзисторов. Предложен­ный вариант может быть реализован при условии, что параллельно со­единенные транзисторы имеют совершенно идентичные характеристики и работают при одинаковой температуре. Такое условие практически не реализуемо из-за относительно больших разбросов в характеристиках биполярных транзисторов.

С другой стороны, если в линейном стабилизаторе используются мощные МОП-транзисторы, простое их запараллеливание работать бу­дет, потому что эти устройства имеют температурные коэффициенты другого знака по сравнению с мощными биполярными транзисторами и не будут подвергаться сильному нафеву или перераспределению тока. Но МОП-транзисторы использовались чаще в ИИП, чем в линейных стабилизаторах (наше рассмотрение этих не импульсных стабилизаторов дает некоторое понимание проблем параллельного включения транзис­торов и в импульсных стабилизаторах).

Рис. 17.24 показывает, как осуществлять параллельное включение транзисторов в линейном или импульсном источнике питания. Резисто­ры с небольшим сопротивлением, включенные в цепи эмиттеров бипо­лярных транзисторов, обеспечивают индивидуальное смещение между базой и эмиттером, что препятствует возможности увеличения доли тока, протекающего через какой-либо из транзисторов. Хотя примене­ние этих так называемых балластных эмиттерных резисторов очень эффективно при опасном перераспределении токов или повышении тем­пературы, следует использовать самое минимальное сопротивление ре­зисторов, которое достаточно для этой цели. В противном случае будет рассеиваться заметная мощность, что особенно нежелательно в импуль­сных стабилизаторах, где основным достоинством является высокий к.п.д. Не удивительно поэтому, что балластные эмиттерные резисторы имеют сопротивления порядка 0,1 Ома, 0,05 Ома или меньше, а факти­ческая величина будет, конечно, зависеть прежде всего от тока эмиттера конкретного источника. В качестве оценки можно принять величину 1//, где / – максимальный ток эмиттер (или коллектора).

Вместо эмиттерных резисторов, иногда можно выравнить распреде­ление тока в параллельно соединенных биполярных транзисторах, включая несколько более высокоомные резисторы в цепь базы. Они обычно имеют сопротивление от 1 до 10 Ом. Хотя полное рассеяние мощности в этом случае меньше, но эффективность ниже, чем при ис­пользовании эмиттерных резисторов.

Рис. 17.24. Способ параллельного включения мощных биполярных транзисторов. Любая попытка отдельного транзистора пропускать больший ток или перегреться предотвращается благодаря напряжению смещения на его эмиттерном резисторе.

В импульсном стабилизаторе недостаточно просто позаботиться о распределении тока в описанных статических условиях; во внимание не­обходимо также принять динамику процесса переключения. Это требует большего внимания к согласованности транзисторных характеристик. Практически обнаружено, что два мощных транзистора одного и того же типа и названия могут вести себя при переключении по-разному, один из них может быть несколько медленнее, чем другой. Хотя опасность такого расхождения можно свести на нет введением балластных эмит­терных резисторов, их сопротивления, возможно, придется выбирать до­статочно высокими по сравнению со случаем, когда характеристики транзисторов близки. Однако даже если динамические характеристики отдельных транзисторов в параллельном соединении достаточно близки.

влияние неравной длины проводников или неидентичная разводка могут вызывать существенные различия в рассеиваемой мощности.

Чаще всего оказывается, что можно удвоить выходную мощность, соединив параллельно два биполярных транзистора и, скорее всего, не потребуется модернизировать задающий каскад. Однако в других случа­ях, вероятно, будет необходим больший ток от задающего устройства. Таким образом, при трех, четырех или большем числе выходных транзи­сторов в задающем каскаде также потребуется параллельное соединение транзисторов. Иногда оказывается, что в задающем устройстве целесо­образнее применить транзистор с большей номинальной мощностью.

Мощные МОП-транзисторы можно включать параллельно без балласт­ных резисторов. Часто четыре или больше таких транзисторов могут рабо­тать от задающего каскада, который работал с одним транзистором. Однако метод, показанный на рис. 17.25, рекомендуется для предупреждения пара­зитных колебаний в диапазоне метровых и дециметровых волн. С феррито-выми бусинками может потребоваться некоторое экспериментирование. Ча­сто эффективное затухание обеспечивается введением двух или трех витков провода. Другой метод предлагает использовать небольшие пленочные рези-стсфы с сопротивлением от 100 до 1000 Ом в цепи затвора. Стабилитроны, показанные на рис. 17.25, включены в структуры специально разработанных МОП-транзисторов. Другие МОП-транзисторы не имеют такой защиты зат­вора, но метод параллельного включения остается тем же самым.

Рис. 17.25. Способ параллельного включения мощных МОП-тран­зисторов. Это простой путь увеличить нагрузочную способность по току как импульсных, так и линейных стабилизаторов. Ферритовая бусинка в цепи затвора подавляет высокочастотную паразитную гене­рацию. Стабилитроны находятся внутри транзисторов. Siliconix.

Мощный импульсный каскад на МОП-транзисторе может применяться также в последовательной схеме, чтобы обеспечить более высокое напря­жение на выходе. Схема такого устройства изображена на рис. 17.26 для двух транзисторов, но их количество может быть и больше. Интересной чертой этого метода является то, что входной сигнал подается только на один МОП-транзистор. Происходит это потому, что на затворе другого

МОП-траНзистора имеется напряжение +15 В относительно земли; этот МОП-транзистор готов проводить, как только цепь его истока оказывается замкнутой запускаемым МОП-транзистором. Такая конструкция позволяет удвоить мощность, подводимую к нагрузке по сравнению с той которую можно получить от одного МОП-Транзистора; в то же самое время каждый МОП-транзистор работает в пределах номинального напряжения между стоком и истоком. /?С-цепь в цепи затвора верхнего МОП-транзистора осу­ществляет динамическую балансировку напряжений на затворах двух МОП-транзисторов. В первом приближении RC должно равняться В2С2,

Рис. 17.26. Последовательное соединение мощных МОП-транзисторов для удвоенного рабочего напряжения. Этот метод можно распрост­ранить на большее число мощных МОП-транзисторов. Обратите вни­мание, что сигнал запуска поступает только на один затвор. Хотя пока­занный специализированный мощный МОП-транзистор имеет внутренний стабилитрон, большинство других его не имеют. Siliconex.

Поскольку появились мощные высоковольтные МОП-транзисторы, последовательная конфигурация не используется как раньше, когда эти транзисторы только стали конкурентоспособными с биполярными тран­зисторами. Кроме того, свойственная им легкость работы в параллель­ном режиме исключает трудности при расчете схем. Параллельная кон­фигурация проще в реализации, потому что легче обеспечить одинаковые температурные условия, которые требуется в обеих схемах для опти­мальной работы. Последовательный вариант может быть выбран в сис­темах, где постоянное рабочее напряжение превышает номинальное значение для одного МОП-транзистора.

Мало того, что некоторые мощные МОП-транзисторы содержат во входной цепи эквивалент стабилитрона для защиты затвора, изготовите­ли этих устройств могут включить в выходную цепь «фиксирующий» диод. По этой причине во многих ИИП и схемах управления двигателя­ми, использующих мощные МОП-транзисторы не включают обычный фиксирующий диод, который используется в схеме с биполярным тран­зистором. Это можно отнести к дополнительным достоинствам, так как уменьшается число используемых компонент и снижается стоимость. Когда для увеличения допустимой мощности применяется параллельное соединение, это может быть особенно существенно, потому что не тре­буется рассчитанного на большие токи, дорогого «внешнего» диода. Однако следует изучить технические условия изготовителя, чтобы уста­новить, подходит ли для конкретного применения используемое устрой­ство. В некоторых случаях может понадобиться внешний диод Шотки или диод с малым временем восстановления, чтобы обеспечить очень высокую скорость переключения индуктивных нагрузок.

Способ повышения выходной мощности с использованием комплемен­тарных транзисторов уже упоминался на примере биполярных транзисто­ров (рис. 2.8 и 2.12). До недавнего времени простые схемы и хорошие ха­рактеристики этого метода были доступны только при использовании биполярных мощных транзисторов, где имелись согласованные пары прп и рпр транзисторов.-канальных МОП-транзисторов. Поэтому можно ожидать, что дру­гие компании скоро будут торговать устройствами, содержащими пару комплементарных МОП-транзисторов для импульсных применений.

Еще одна схема, в которой складываются мощности, показана на рис. 17.27. Здесь выходы идентичных выходных каскадов соединены последова­тельно, что позволяет эффективно объединять возможности транзисторов без применения балластных резисторов. Это прекрасный способ обойтись без мощных транзисторов, работающих с более высокими напряжениями или номинальными токами, – такие устройства могут быть или недоступ­ны или очень дороги. Это устройство лучше рассмотреть на начальном этапе конструирования инвертора или стабилизированного источника, тогда будет легко определить входные и выходные обмотки трансформа­торов. Фазирование вторичных обмоток выходных трансформаторов дол­жно быть таким, чтобы выходные напряжения складывались. Относитель­но легко получить равный вклад токов от мощных транзисторов и хорошо, если все транзисторы работают при одной и той же температуре. Обычно это достигается путем применения общего радиатора. В этом от­ношении схема с общим коллектором, а не показанная на рисунке схема с общим эмиттером, более предпочтительна, поскольку не требуется ни­какой изоляции между корпусом транзистора и радиатором.

Рис. 17.27. Схема удвоения выходной мощности инвертора или им­пульсного стабилизатора. Этот метод не требует дорогих или недо­ступных высоковольтных или предназначенных для работы при больших токах транзисторов. В отличие от схем с параллельным включением транзисторов здесь не требуются балластные резисторы, рассеивающие мощность.

К недостаткам этого метода можно отнести высокую стоимость, а также увеличенные габариты и вес. Это справедливо потому, что два трансформатора дороже, чем один, имеющий вдвое большую номиналь­ную мощность. Габариты двух трансформаторов будут, как правило, превышать размеры одного трансформатора той же мощности. Суще­ственны или нет эти факторы зависит, конечно, от конкретных обстоя­тельств, связанных с особенностями системы.

Хотя на рис. 17.27 показаны два выходных каскада, объединять можно и большее число каскадов. Но основную идею, предлагаемую здесь, не сле­дует путать с вариантом, показанным на рис. 2.10, где используется один выходной трансформатор, а пары выходных транзисторов соединены пос­ледовательно по отношению к источнику постоянного напряжения. Схема на рис. 17.27 предпочтительнее для инверторов с внешним возбуждением и ИИП, а схема на рис. 2-10 лучше подходит для реализации инвертора с на­сыщаемым сердечником. В схеме, приведенной на рис. 17.27, можно ис­пользовать один сердечник для всех входных трансформаторов и один для выходных. Конечно, это так, однако использование отдельных трансфор­маторов, как показано на рисунке, представляется наиболее разумным для испытаний, оценки возможностей, измерения и эксплуатации.

Примером гибкости схемы на рис. 17.27 является возможность исполь­зовать в качестве одной из пар мощные /?/7/?-транзисторы. Хотя это не при­водит к схеме с комплементарными транзисторами в обычном смысле, но в некоторых случаях оказывается проще получить требуемую суммарную мощность. По переменному току функционирование схемы не изменилось.

Интересный способ удвоить выходной ток и, поэтому, выходную мощность одно-транзисторного импульсного стабилизатора, показан на рис. 17.28. Сигнал на дополнительный переключающий транзистор Q2 поступает со сдвигом на 180** по отношению к сигналу, поступающему на основной транзистор Q. Этот сдвиг фазы осуществляется с помо­щью трансформатора 71. Хотя отношение числа витков первичной и вторичной обмоток можно взять равным 1, низкие входные сопротив­ления транзисторов обычно требуют для получения оптимальных ре­зультатов использовать понижающий трансформатор. В этом случае вторичная обмотка с отводом от середины обеспечит более низкое на­пряжение на базе каждого транзистора, чем имеющееся на первичной обмотке. (Это, кроме того, снижает вероятность обратного пробоя эмиттерных переходов транзисторов. Полезным может оказаться вклю­чение в цепь базы (на рисунке не показано) резистора с малым сопро­тивлением.)

Потребуется также катушка индуктивности L2 аналогичная катуш­ке L, Дополнительный «фиксирующий» диод D2 идентичен диоду D. Удвоение выходного тока стабилизатора не единственное, что дает до­полнительный переключающий транзистор. В этой схеме удваивается частота пульсаций и вдвое уменьшается их амплитуда. Таким образом, с прежней емкостью выходного конденсатора С1 на выходе стабилиза­тора имеем более чистое постоянное напряжение. Другой вариант со­стоит в том, чтобы сохранить характеристики одно-транзисторной схе­мы, уменьшая емкость конденсатора С1. Этот вариант позволяет несколько сократить габариты и стоимость. Если следовать этой мето­дике на начальной стадии проектирования, то можно выбрать менее дорогие переключающие транзисторы, потому что каждый должен бу­дет переключаться с частотой, равной половине частоты пульсаций на выходе.

Рис. 17.28. Метод удвоения выходного тока импульсного стабили­затора. Этот метод обеспечивает не только увеличение выходной мощ­ности, но и уменьшает пульсации выходного напряжения. (А) Упро­щенная схема обычного импульсного стабилизатора. (В) Моди­фицированная схема для удвоения выходного тока.

Чтобы воспользоваться достоинствами этой схемы, нестабилизиро­ванный источник постоянного напряжения должен, конечно, обеспечи­вать ток, вдвое больший требуемого для одно-транзисторного стабили­затора. Схемы на рис. 17.28 А и В представляют собой стабилизаторы с внешним возбуждающим сигналом, имеющим фиксированную частоту. Если применять этот метод в автоколебательном стабилизаторе, то мо­гут встретиться некоторые трудности и, естественно, потребуется экспе­риментальная доводка. Связано это с тем, что частота пульсаций, ис­пользуемых в цепи обратной связи, вдвое выше частоты переключений.

26.11.2016, 15:10

Непонятное соединение транзисторов
Здравствуйте. Вот, наткнулся на схему, которая мне не очень понятна. А именно часть с «сеткой» из.

Параллельное соединение аккумуляторов
Всем привет, начинающий самоучка, так что пинайте не сильно). В общем стоит вопрос параллельного.

Последовательное и параллельное соединение резисторов
1. R1=R2= 15 Ом R3=R6= 20 Oм R4=R5= 17.5 Ом R7= 12 Ом Определить Rab-?

RC параллельное соединение
При подаче постоянного напряжения ток первым делом потечет на конденсатор, т.к. его сопротивление.

Параллельное соединение проводников
Дано: R_1= 5 Ом, R_2= 25 Ом, R_3= 160 Ом, R_4= 25 Ом, R_5= 70 Ом, R_6= 30 Ом, V_1= 32 В Найти.

26.11.2016, 15:142
26.11.2016, 15:193
26.11.2016, 15:194
26.11.2016, 15:19
26.11.2016, 15:235
26.11.2016, 15:316
26.11.2016, 15:437
26.11.2016, 16:078
26.11.2016, 16:119
27.11.2016, 12:2410

Тоже голову ломаю – как лучше и правильнее сделать.
Это стабилизатор тока + ключ.
На вход «+» операционника подается опорное напряжение.
Q3 и Q4 в купе с операционником должны поддерживать заданный ток I=Vопорное/R23.
Сейчас на схеме истоки полевиков разделены, и напряжение обратной связи для операционника снимается с одного резистора.
Транзистор Q1 – ключ.
Частота переключений – 56 КГц

Или лучше истоки полевиков соединить?
А как правильно рассчитать сопротивление на затворе ключа?
На затворах Q3 и Q4?
R26 вообще нужен?
Если нужен – какого номинала?

27.11.2016, 14:1311

лучше поставить на управление каждым полевиком свой ОУ, иначе при значительном разбросе напряжения открывания разницы напряжений на резисторах в истоках уже не хватит для выравнивания тока.
Подробней про линейный режим полевиков:
http://www.irf.som/technical-info/appnotes/an-1155.pdf
http://top-50.ru/posts/858394-0a09f8ec6 . 7085fc9ecd

Так, чтобы ток не превысил предельного для драйвера.

Если всё-же управлять от одного ОУ, то лучше их номиниал увеличить до номинального тока выхода ОУ, а R26 убрать.

К стати вопрос, а зачем Q1? не проще ли дёргать 3 ногу ОУ, а лучше сделать регулировку тока ШИМмом.

27.11.2016, 16:2212

Спасибо за совет.
Но нужно регулировать именно ток, а не скважность.
Второй операционник – можно попробовать (найти микруху с двумя ОУ), но усложнит разводку сильно.

Транзисторы одной марки.
Подключены как повторители напряжения.
Резисторы – 1%.
Будет сильный разброс?

Пусть даже 20% разница в токе будет – не критично.

Контроллером дергать 3-ю ногу операционника проблематично.
Если только тот же ключ туда посадить и на землю ключевать.
Но что это даст?

27.11.2016, 17:5813

Просто соединить одинаковые выводы вместе. Режим линейный, поэтому резисторы в затвор и/или исток какого-либо смысла не имеют. Это ведь не биполяры, а полевики, у которых позитивный коэффициент сопротивления канала при нагреве. Возможный разброс по току в транзисторах зависит от разницы сопротивления канала при заданной температуре. Потом в процессе работы транзисторы прогреются до несколько отличающейся температуры и токи через транзисторы +- выровняются. У транзисторов на схеме диапазон в даташите не указан, только максимальное значение, поэтому прикинуть разброс на вскидку не получится.

Схема последовательного соединения птуп-транзисторов

Данное изобретение относится к области электронной схемотехники, в частности к переключающему устройству с последовательным соединением ПТУП-транзисторов (полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом), тип которого указан в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

В качестве силовых выключателей или переключающих устройств, рассчитанных на работу при высоких напряжениях, можно использовать электронные коммутационные устройства с каскадным или последовательным включением транзисторов. В патентных документах, например, US 6822842 и DE 19926109 такие переключающие устройства называют каскодными схемами. Эти схемы основаны на особом соединении МОП-транзистора М и по меньшей мере одного ПТУП-транзистора Ji (см. фиг.1). Переключатели подсоединяются между первым выводом 1 и вторым выводом 2 и управляются через управляющий вывод 7 МОП-транзистора М. В таком переключающем устройстве, рассчитанном на работу при высоких напряжениях и основанном на каскодной схеме, предусматривают использование нескольких последовательно включенных ПТУП-транзисторов J

2…Jj, чтобы за счет этого достичь высокого запирающего напряжения. При этом чтобы обеспечить защиту указанных ПТУП-транзисторов, к выводам затворов этих транзисторов подсоединяют диоды, а именно защитные диоды D1-D5, работающие в запирающем режиме. Защитные диоды соединяют между собой выводы затворов ПТУП-транзисторов, или говоря другими словами, каждый из них подсоединен между соответствующим выводом затвора и общим выводом 1, имеющим потенциал земли, с которым также соединен МОП-транзистор. Принцип действия защитных диодов D
1
-D5 для защиты ПТУП-транзисторов раскрыт в патенте US 6822842.

Из-за разной или слишком высокой емкости перехода защитных диодов D1-D5 на ПТУП-транзисторах может возникнуть неравномерное распределение запирающего напряжения. В частности, на самом верхнем ПТУП-транзисторе J6 (см. фиг.1) присутствует емкость, отличающаяся от емкостей, имеющихся на выводах затворов нижних ПТУП-транзисторов. Такая неодинаковая нагрузка выводов затворов может сильно повлиять на динамическое распределение запирающего напряжения и привести к тому, что самый верхний транзистор возьмет на себя все напряжение между выводами, и в самом неблагоприятном случае он даже может разрушиться.

Сущность изобретения

В связи с вышесказанным задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать такое переключающее устройство с последовательным соединением ПТУП-транзисторов вышеназванного типа, которое лишено перечисленных недостатков.

Эта задача решена путем разработки переключающего устройства с последовательным включением ПТУП-транзисторов, характеризующегося признаками пункта 1 формулы изобретения.

Предложенное переключающее устройство для переключения тока между первым выводом и вторым выводом содержит по меньшей мере два последовательно соединенных ПТУП-транзистора, из которых самый нижний ПТУП-транзистор соединен с первым выводом или соединен с первым выводом через последовательно включенные управляющие выключатели. Имеется по меньшей мере один дополнительный ПТУП-транзистор, последовательно соединенный с самым нижним ПТУП-транзистором, причем ПТУП-транзистор, наиболее удаленный от самого нижнего ПТУП-транзистора и называемый самым верхним ПТУП-транзистором, через свой вывод стока соединен с указанным вторым выводом. Между выводами затворов ПТУП-транзисторов и первым выводом подключена стабилизирующая схема для стабилизации напряжения затворов ПТУП-транзисторов. При этом между выводом затвора самого верхнего ПТУП-транзистора и вторым выводом подключена дополнительная схема, которая подтягивает потенциал на выводе затвора самого верхнего ПТУП-транзистора к потенциалу на выводе стока этого транзистора и уменьшает разность потенциалов.

Благодаря этому при включенном самом верхнем ПТУП-транзисторе напряжение на затворе поддерживается на уровне, немного превышающем или предпочтительно равном напряжению на выводе истока. В результате, при выключении самый верхний ПТУП-транзистор остается во включенном состоянии дольше, чем без дополнительной схемы. Благодаря этому обстоятельству предотвращается ситуация, при которой все напряжение между первым и вторым выводом приходится на самый верхний ПТУП-транзистор.

При помощи цепи, содержащей стабилизирующую схему и дополнительную схему, вышерасположенные ПТУП-транзисторы при выключении выключаются медленнее, а включаются быстрее, чем нижерасположенные ПТУП-транзисторы, и предпочтительно имеют синхронные моменты включения.

Таким образом, благодаря всей цепи, состоящей из стабилизирующей схемы и дополнительной схемы, балансируется и стабилизируется динамическое распределение запирающего напряжения силового выключателя, основанного на последовательно включенных транзисторах.

Вообще говоря, стабилизирующая схема может для каждого ПТУП-транзистора сама по себе отводить задаваемый ток между выводом его затвора и первым выводом. Дополнительная схема вместе со стабилизирующей схемой создает симметричную нагрузку по напряжению для выводов затворов последовательно включенных ПТУП-транзисторов.

Схему последовательного соединения ПТУП-транзисторов можно реализовать с обеспечением управления самого нижнего ПТУП-транзистора по каскодной схеме. При этом схема последовательного соединения содержит управляющий выключатель, например, МОП-транзистор, подключенный между первым выводом и самым нижним ПТУП-транзистором. В альтернативном случае ПТУП-транзисторами можно управлять по-другому, например, при помощи схемы управления, воздействующей непосредственно на вывод затвора самого нижнего ПТУП-транзистора.

Временную характеристику пассивного управления самым верхним ПТУП-транзистором, если управление осуществляется посредством одного или нескольких дополнительных диодов, можно регулировать, изменяя общую емкость переходов этих последовательно включенных дополнительных диодов. Емкость переходов можно регулировать, меняя количество последовательно включенных дополнительных диодов и/или параметры отдельных дополнительных диодов. Общее запирающее напряжение или напряжение пробоя одного или нескольких диодов между стоком и затвором самого верхнего ПТУП-транзистора выбирают так, чтобы оно было по меньшей мере приблизительно равно соответствующим значениям для остальных ПТУП-транзисторов.

В еще одном предпочтительном варианте изобретения емкость переходов дополнительных диодов поддерживают небольшой, вместо этого посредством отдельных элементов, например конденсаторов, регулируют емкость между вторым выводом и затвором самого верхнего ПТУП-транзистора (а также остальных ПТУП-транзисторов). Благодаря такой дополнительной симметризирующей схеме можно оптимизировать и ускорить переходные процессы при переключении. Соответственно, симметризирующая схема имеет RC-цепочку, расположенную между затворами ПТУП-транзисторов и первым выводом. Например, затворы каждых следующих друг за другом ПТУП-транзисторов соединены через последовательно включенный резистор и дополнительный конденсатор, а затвор самого верхнего ПТУП-транзистора посредством дополнительной RC-цепочки, предпочтительно той же структуры, соединен со вторым выводом.

В другом предпочтительном варианте изобретения затвор каждого ПТУП-транзистора, за исключением самого нижнего ПТУП-транзистора, посредством последовательно подключенных резистора и конденсатора соединен с первым выводом, при этом затвор самого верхнего ПТУП-транзистора соединен со вторым выводом посредством дополнительной схемы, предпочтительно дополнительной RC-цепочки, состоящей из последовательно соединенных резистора и дополнительного конденсатора.

В еще одном предпочтительном варианте изобретения затвор каждого ПТУП-транзистора, за исключением самого нижнего ПТУП-транзистора, посредством последовательно включенных резистора и конденсатора соединен с первым выводом, при этом затворы ПТУП-транзисторов посредством одного или нескольких диодов соединены со вторым выводом. Кроме того, затвор самого верхнего ПТУП-транзистора соединен со вторым выводом посредством дополнительной схемы, предпочтительно дополнительной RC-цепочки, состоящей из последовательно соединенных резистора и дополнительного конденсатора.

В других предпочтительных вариантах изобретения предусмотрен резистор для демпфирования, который используется не для каждого из конденсаторов (или для дополнительного конденсатора), а только для одного или нескольких конденсаторов, предпочтительно в вышерасположенных ПТУП-транзисторах.

В принципе в симметризирующей схеме возможно также параллельное включение резисторов и конденсаторов, однако такая конфигурация сопряжена со статическими потерями вследствие возникающего статичного делителя напряжения.

Симметризирующая схема предпочтительно выполнена таким образом, что переходные процессы, возникающие в этой схеме при переключении, в самом верхнем ПТУП-транзисторе имеют наименьшую постоянную времени, а в самом нижнем ПТУП-транзисторе имеют наибольшую постоянную времени. Соответственно емкость дополнительной RC-цепочки (или дополнительной емкостной цепочки) меньше емкости самой нижней RC-цепочки (или дополнительной емкостной цепочки), соединенной с затвором самого нижнего ПТУП-транзистора. Предпочтительно емкость промежуточных RC-цепочек или емкостных цепочек постепенно уменьшается сверху вниз. Благодаря взаимодействию симметризирующей схемы со стабилизирующей схемой переходные процессы в затворах ПТУП-транзисторов имеют сбалансированные постоянные времени.

В результате по сравнению со схемой без симметризирующей цепи при выключении транзисторов или ПТУП-транзисторов потенциал вывода затвора в вышерасположенных ПТУП-транзисторов достигает напряжения отсечки относительно соответствующего вывода истока в течение более длительного времени. Вследствие этого верхние ПТУП-транзисторы остаются включенными в течение более длительного времени, чем нижние ПТУП-транзисторы, и соответственно, верхние ПТУП-транзисторы выключаются медленнее. Наоборот, при включении верхние ПТУП-транзисторы включаются быстрее, чем без дополнительной схемы и симметризирующей схемы. В идеальном случае обеспечивается совершенно синхронное включение и выключение всех ПТУП-транзисторов.

Благодаря соответствующему выполнению симметризирующей схемы временные характеристики процессов, протекающих в отдельных переключателях, согласованы друг с другом, так что рассматриваемое переключающее устройство в целом обладает максимально сбалансированными характеристиками, то есть оно обеспечивает как можно более одновременное переключение отдельных ПТУП-транзисторов.

В еще одном варианте изобретения управляющий выключатель, например, МОП-транзистор, работает в линейном режиме. В результате обеспечивается демпфирование колебаний, возникающих из-за емкости перехода.

Таким образом, вместе с дополнительной схемой и симметризирующей схемой стабилизирующая схема образует между первым и вторым выводом динамический делитель напряжения, который при коммутационных процессах выравнивает нагрузку ПТУП-транзисторов по напряжению. По сравнению с известными силовыми выключателями или переключающими устройствами, предназначенными для переключения высоких рабочих напряжений, балансировка динамичной нагрузки транзисторов по запирающему напряжению существенно улучшается благодаря добавлению дополнительной схемы, например, дополнительных диодов. Кроме того, в предпочтительном варианте изобретения ее можно целенаправленно оптимизировать при помощи RC-цепей.

Остальные предпочтительные варианты изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение описано более подробно на примере предпочтительных вариантов его осуществления, проиллюстрированных приложенными чертежами, из которых:

фиг.1 изображает схему последовательного соединения ПТУП-транзисторов, соответствующую известному уровню техники;

фиг.2 иллюстрирует первый вариант изобретения;

фиг.3 иллюстрирует второй вариант изобретения;

фиг.4 иллюстрирует еще один вариант изобретения.

Номера позиций, используемых на чертежах, и соответствующие им значения указаны в перечне ссылочных обозначений. При этом одинаковые элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций.

Варианты изобретения

На фиг.1 представлено переключающее устройство высокого рабочего напряжения. Оно содержит каскодную схему соединения МОП-транзистора М с первым или самым нижним ПТУП-транзистором J1 и подключенными последовательно с этим первым ПТУП-транзистором J1 одним или несколькими дополнительными ПТУП-транзисторами J2-J6. Таким образом, самый нижний или первый ПТУП-транзистор управляется в данной каскодной схеме МОП-транзистором, действующим как управляющий выключатель. Последний ПТУП-транзистор из последовательно включенных ПТУП-транзисторов, т.е. транзистор, наиболее удаленный от первого ПТУП-транзистора, также называют самым верхним ПТУП-транзистором J6. На этом чертеже в качестве примера показаны шесть ПТУП-транзисторов, однако согласно другим вариантам изобретения их может быть два или больше. Для стабилизации напряжения на затворах ПТУП-транзисторов предусмотрена стабилизирующая схема 3. В этой схеме между затворами каждой пары следующих друг за другом ПТУП-транзисторов имеется последовательное подключение защитных диодов D11-D13, D21-D23,…D51-D53, действующих в запирающем направлении. Количество защитных диодов D11-D53, подсоединенных последовательно друг другу, зависит от требуемого запирающего напряжения этих защитных диодов D11-D53. Говоря в общем, между затворами каждых двух следующих друг за другом ПТУП-транзисторов может иметься один или несколько защитных диодов D11-D53. В других вариантах изобретения используются не диоды, а иные коммутирующие элементы.

Между затвором и истоком каждого ПТУП-транзистора J2-J6, за исключением первого ПТУП-транзистора, подключены полупроводниковые стабилитроны (на фиг.1: ZGS,2-ZGS,6) или резисторы (на фиг.2: ZGS,2-ZGS,6). Эти стабилитроны и резисторы стабилизируют напряжение соответствующего затвора в стационарном состоянии.

Для выравнивания напряжения нагрузки ПТУП-транзисторов между затвором и выводом стока самого верхнего ПТУП-транзистора подключена дополнительная схема 4. В соответствии с фиг.2 эта схема содержит последовательное включение трех дополнительных диодов D61, D62, D63, действующих в запирающем направлении. Благодаря указанным диодам потенциал вывода затвора самого верхнего ПТУП-транзистора подтягивается к потенциалу на выводе стока этого транзистора. В результате, напряжение, приложенное между выводом стока и выводом затвора, уменьшается. Дополнительные диоды D61, D62, D63 обеспечивают симметричную нагрузку на выводах затворов и стабилизируют распределение запирающего напряжения. Кроме того, эти диоды действуют в качестве защитного элемента для самого верхнего ПТУП-транзистора J6, защищая его от перенапряжения между стоком и затвором.

Вместо дополнительных диодов в дополнительной схеме можно использовать другие коммутирующие элементы, приводящие к тому же результату, например, один, два или большее число последовательно включенных диодов, резистор, конденсатор или RC-цепочку.

В предпочтительном варианте изобретения между затворами каждой пары следующих друг за другом ПТУП-транзисторов параллельно одному или нескольким защитным диодам D11-D53 подключена RC-цепочка, состоящая из последовательно подсоединенных резистора или демпфирующего резистора RSt,1-RSt,5 и конденсатора СTu,1Tu,5. В этом случае параллельно дополнительной схеме 4 между затвором и выводом стока самого верхнего ПТУП-транзистора подключена аналоговая цепь, предпочтительно RC-цепочка той же структуры. Вместе все вышеназванные RC-цепочки образуют симметризирующую схему 5.

В этом случае вся схема имеет от 1 до n дополнительных диодов D61, D62, D63 и пассивную RC-цепочку из демпфирующих резисторов RSt,1-RSt,6 и конденсаторов СTu,1Tu,6.

Благодаря последовательному включению диодов можно сохранить небольшую общую емкость перехода, добавляемую между каждыми выводами затворов. Этот дает возможность, благодаря дополнительным конденсаторам СTu,1…СTu,6 оптимизировать динамическое распределение запирающего напряжения или регулировать его независимо от емкостей перехода. При этом дополнительные демпфирующие резисторы Rst,1…Rst,6 позволяют демпфировать колебания, вызванные дополнительными конденсаторами СTu,1…СTu,6.

На фиг.3 показан альтернативный предпочтительный вариант изобретения, при котором затворы ПТУП-транзисторов J1-J6 друг с другом не соединены, но каждый из них по отдельности посредством своей цепи, состоящей из защитных диодов D11-D53 и RC-цепочки, соединен с первым выводом 1. Как и в варианте изобретения, показанном на фиг.2, вывод затвора G6 самого верхнего ПТУП-транзистора J6 соединен через дополнительную цепь 4 со вторым выводом 2. И в этом случае дополнительная цепь 4 может содержать один или несколько последовательно включенных дополнительных диодов D61-D63 или другие коммутирующие элементы, или дополнительные диоды D61-D63, скомбинированные с последовательной RC-цепочкой RSt,6, CTu,6. И в этом случае оптимальные сами по себе и примененные для оптимизации RC-цепочки RSt,1…RSt,6 и СTu,1…СTu,6 вместе образуют симметризирующую схему 5.

На фиг.4 показан еще один вариант изобретения, при котором затворы ПТУП-транзисторов J1-J6 друг с другом не соединены, но каждый из них по отдельности соединен со своей цепью, состоящей из защитных диодов D11-D23, и с одним или несколькими дополнительными диодами 6, которые соединяют соответствующий вывод затвора со вторым выводом, кроме того они соединены с первым выводом 1 через RC-цепочку. Защитные диоды D11-D23 и дополнительные диоды 6 образуют для каждого напряжения затвора делитель напряжения, отдельно параметризируемый в отношении уровня напряжения и динамических свойств (постоянных времени). Вместо показанных на чертеже отдельных дополнительных диодов 6 можно использовать несколько последовательно включенных диодов. Как и в варианте, показанном на фиг.3, в этом случае дополнительная цепь 4 также может содержать один или несколько последовательно включенных дополнительных диодов D61-D63 или другие коммутирующие элементы, или дополнительные диоды D61-D63, скомбинированные с последовательной RC-цепочкой RSt,6, СTu,6. И в этом случае оптимальные сами по себе и примененные для оптимизации RC-цепочки RSt,1…RSt,6 и CTu,1…СTu,6 вместе образуют симметризирующую схему 5.

Предложенную схему, описанную в настоящем изобретении в целом, а также в конкретных примерах его выполнения, можно применять не только для рассмотренных здесь n-канальных ПТУП-транзисторов, но также при соответствующих изменениях, и для p-канальных ПТУП-транзисторов.





Последовательное и параллельное соединение резисторов

Последовательное соединение резисторов

Последовательное соединениеэто соединение двух или более резисторов в форме цепи, в которой каждый отдельный резистор соединяется с другим отдельным резистором только в одной точке.

Общее сопротивление R

общ

При таком соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений.

Напряжение при последовательном соединении

Напряжение при последовательном соединении распределяется на каждый резистор согласно закону Ома:

Т.е чем большее сопротивление резистора, тем большее напряжение на него падает.

Параллельное соединение резисторов

Параллельное соединениеэто соединение, при котором резисторы соединяются между собой обоими контактами. В результате к одной точке (электрическому узлу) может быть присоединено несколько резисторов.

Общее сопротивление R

общ

При таком соединении, через каждый резистор потечет отдельный ток. Сила данного тока будет обратно пропорциональна сопротивлению резистора. В результате общая проводимость такого участка электрической цепи увеличивается, а общее сопротивление в свою очередь уменьшается.

Таким образом, при параллельном подсоединении резисторов с разным сопротивлением, общее сопротивление будет всегда меньше значения самого маленького отдельного резистора.

Формула общей проводимости при параллельном соединении резисторов:

Формула эквивалентного общего сопротивления при параллельном соединении резисторов:

Для двух одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно половине одного отдельного резистора:

Соответственно, для n одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно значению одного резистора, разделенного на n.

Напряжение при параллельном соединении

Напряжение между точками A и B является как общим напряжением для всего участка цепи, так и напряжением, падающим на каждый резистор в отдельности. Поэтому при параллельном соединении на все резисторы упадет одинаковое напряжение.

Электрический ток при параллельном соединении

Через каждый резистор течет ток, сила которого обратно пропорциональна сопротивлению резистора. Для того чтобы узнать какой ток течет через определенный резистор, можно воспользоваться законом Ома:


Смешанное соединение резисторов

Смешанным соединением называют участок цепи, где часть резисторов соединяются между собой последовательно, а часть параллельно. В свою очередь, смешанное соединение бывает последовательного и параллельного типов.

Общее сопротивление R

общ

Для того чтобы посчитать общее сопротивление смешанного соединения:

  • Цепь разбивают на участки с только пареллельным или только последовательным соединением.
  • Вычисляют общее сопротивление для каждого отдельного участка.
  • Вычисляют общее сопротивление для всей цепи смешанного соединения.

Так это будет выглядеть для схемы 1:

Также существует более быстрый способ расчета общего сопротивления для смешанного соединения. Можно, в соответствии схеме, сразу записывать формулу следующим образом:

  • Если резисторы соединяются последоватеьно — складывать.
  • Если резисторы соединяются параллельно — использовать условное обозначение «||».
  • Подставлять формулу для параллельного соединения где стоит символ «||».

Так это будет выглядеть для схемы 1:

После подстановки формулы параллельного соединения вместо «||»:

Читать «Искусство схемотехники. Том 1 (Изд.4-е)» — Хоровиц Пауль, Хилл Уинфилд — Страница 139

Рис. 6.48. Стабилизация в цепи земли.

Т1 — последовательный проходной транзистор, но соединенный с низковольтным концом источника питания; его «выход» поступает на землю. Напряжение на нем — это только часть выходного напряжения, и поэтому транзистор «сидит» вблизи уровня земли, что упрощает схему формирования. Как и раньше, следует обеспечить защиту во время переходных процессов включения-выключения и при перегрузках. Достаточно проста стабилитронная защита, показанная на рисунке, но надо помнить, что стабилитрон должен выдерживать ток короткого замыкания.

«Подъем» стабилизатора над уровнем земли. Для расширения диапазона напряжений стабилизатора, включая и простые трехвыводные стабилизаторы, применяют еще один способ — поднятие общего вывода стабилизатора относительно уровня земли с помощью стабилитрона (рис. 6.49). В этой схеме Д1 добавляет свое напряжение к обычному выходу стабилизатора. Д2 через повторитель Т1 устанавливает падение напряжения на стабилизаторе и совместно с Д3обеспечивает защиту от короткого замыкания.

Рис. 6.49.

Транзистор с оптической связью. Существует еще один способ решения проблемы пробоя транзистора в высоковольтных источниках питания с применением сравнительно низковольтного проходного транзистора для нерегулируемого (известного) выходного напряжения. В подобных случаях высокое напряжение должен выдерживать только управляющий транзистор, но, используя оптически связанные транзисторы, можно избежать и этого. Эти приборы, о которых мы поговорим ниже в связи с сопряжением цифровых элементов в гл. 9, состоят в действительности из двух элементов, электрически изолированных друг от друга: светодиода, который излучает свет, если через него протекает ток в прямом направлении, и фототранзистора (или фотопары Дарлингтона), расположенных вблизи друг друга в непрозрачном корпусе. Прохождение тока через диод приводит транзистор в проводящее состояние, как если бы в транзисторе протекал базовый ток. Для того чтобы вывести фототранзистор в активный режим, как и в случае обычного транзистора, необходимо приложить коллекторное напряжение. В большинстве случаев базовый вывод отсутствует. Оптопары имеют, как правило, изоляцию, способную выдержать напряжение между входом и выходом в несколько тысяч вольт.

На рис. 6.50 показано несколько способов применения транзистора с оптической связью в высоковольтном источнике.

Рис. 6.50. Высоковольтный стабилизатор с оптической изоляцией.

На первой схеме фототранзистор Т2 закрывает транзистор Т3, если напряжение на выходе поднимается слишком высоко. На второй схеме, на которой показан только фрагмент с проходным транзистором, фототранзистор, находясь в возбужденном состоянии, увеличивает выходное напряжение, поэтому входы усилителя ошибки должны быть инвертированы. Обе схемы формируют некоторый выходной ток в цепи смещения проходного транзистора, поэтому для того чтобы удержать выходное напряжение от подъема при отсутствии нагрузки, между выходом и землей следует включить определенную нагрузку. Эту работу может выполнить делитель напряжения для съема выхода или отдельный шунтирующий резистор, подключенный к выходу, который, вообще говоря, всегда рекомендуется подключать в высоковольтных источниках.

Плавающий стабилизатор. Избежать применения высоковольтных компонентов в схеме управления источника высокого напряжения можно еще одним способом — «подвесить» управляющую схему на потенциал проходного транзистора, сравнивая падение напряжения на его собственном эталонном источнике с падением между ним и землей. Для такого рода применений предназначена превосходная ИС стабилизатора МС1466, которой требуется вспомогательный слаботочный плавающий источник напряжением 20–30 В для питания собственной схемы. Выходное напряжение ограничивается только проходными транзисторами и изоляцией вспомогательного источника питания (напряжением пробоя изоляции трансформатора). Схема МС1466 характеризуется очень хорошей стабилизацией и прецизионной схемой ограничения тока, поэтому она вполне подходит для точных «лабораторных» источников питания. Однако следует предостеречь вас: в МС1466 в отличие от большинства современных стабилизаторов нет внутренней тепловой защиты.

Изящный способ построения плавающего стабилизатора может быть осуществлен с помощью недавно появившейся ИС — LM10 — сочетания операционного усилителя и источника эталонного напряжения, явившей собой знаменательное событие в технологии производства ИС со времени открытия Видлара (см. разд. 4.13). Эта схема работает только от одного источника питания 1,2 В, т. е. ее можно подключить к перепаду база-эмиттер проходного транзистора Дарлингтона! Пример показан на рис. 6.51.

Рис. 6.51. Высоковольтный «плавающий» стабилизатор.

Если вы любите аналогии, то представьте себе жирафа, который измеряет свой рост, глядя на землю с высоты, а затем стабилизирует его, меняя соответствующим образом длину шеи. Схема TL783 фирмы Texas Instruments — это ИС стабилизатора на 125 В, которая работает аналогичным образом; в случае небольших токов она заменяет схему на дискретных компонентах, показанную на рис. 6.51.

Последовательное соединение транзисторов. На рис. 6.52 показан трюк с последовательным соединением транзисторов для увеличения напряжения пробоя.

Рис. 6.52. Последовательное включение транзисторов для повышения напряжения пробоя.

Транзистор T1 управляет последовательно соединенными транзисторами Т2Т4, которые делят между собой большое напряжение между коллектором Т2 и выходом. Одинаковые базовые резисторы выбираются достаточно малыми, чтобы обеспечить полный выходной ток транзисторов. Аналогичная схема будет работать и на МОП-транзисторах, но в этом случае следует подключить, как показано на рисунке, диоды защиты от обратного пробоя затвора (относительно прямого пробоя затвора вам не следует беспокоиться, поскольку МОП-транзисторы будут достаточно быстро включаться еще задолго до пробоя затвор-канал). Заметьте, что резисторы смещения дают некоторый выходной ток, даже когда транзисторы выключены, поэтому должна быть минимальная нагрузка на землю для того, чтобы предотвратить подъем выходного напряжения выше стабилизированного уровня. Во многих случаях целесообразно включить параллельно резисторам делителя небольшие конденсаторы для того, чтобы обеспечить работоспособность делителя на высоких частотах. Емкость конденсаторов должна быть достаточно большой для того, чтобы нейтрализовать разницу входных емкостей транзисторов; в противном случае будет неравное деление и общее напряжение пробоя уменьшится.

Последовательно соединенные транзисторы можно использовать, конечно, не только в источниках питания. Их иногда можно увидеть в высоковольтных усилителях, хотя часто это и необязательно, так как выпускаются высоковольтные МОП-транзисторы.

6.07. Специальные вопросы проектирования сильноточных источников питания

Cтабилизаторы напряжения и источники питания

Проектирование теплоотвода мощных схем



Использование отдельных нестабилизированных источников для питания сильноточных цепей. Как уже упоминалось в разд. 6.03, хорошо, как правило, использовать отдельный источник для стабилитрона в мощном источнике питания. Таким путем рассеивание мощности на проходном транзисторе можно свести к минимуму, поскольку нестабилизированное напряжение, которое подается на проходной транзистор, может быть выбрано точно таким, какое нужно для достаточного «запаса сверху» (стабилизаторы типа 723 имеют для этой цели выводы питания U+). Например, стабилизатор, дающий на выходе +5 В. 10 А, может работать от входного напряжения 10 В с размахом пульсаций около 1-2 В и отдельного источника питания +15 В для питания элементов стабилизатора (опорный источник, усилитель ошибки и т.д.). Как говорилось выше, нестабилизированное входное напряжение должно быть выбрано достаточно большим в расчете на наихудший случай напряжения в силовой линии переменного тока (200 В), а также на допуски параметров трансформатора и конденсатора.

Линии связей. Для источников питания с большим выходным током или источников прецизионного напряжения следует тщательно продумать линии соединений в самом стабилизаторе и между стабилизатором и его нагрузкой. Если несколько различных приборов работают в качестве нагрузки одного стабилизатора, то все они должны присоединяться к источнику питания в точке, в которой подключен и датчик выходного напряжения стабилизатора, иначе флуктуации тока в одной из нагрузок повлияют на напряжение, поступающее к остальным нагрузкам (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Заземление питания в общей точке («Мекка» заземления).

В действительности хорошо иметь, как показано на схеме, общую точку заземления («Мекка») для нестабилизированного питания, опорного источника и т.д. Проблему падения напряжения в соединительных проводах между источником питания и нагрузкой с большим током иногда можно решить путем вынесения измерительных элементов: клеммы, ведущие обратно к усилителю ошибки и опорному источнику, выводятся отдельно на клеммную колодку источника питания и могут или присоединяться к выходам стабилизированного напряжения прямо на этом месте (обычный способ), или от них могут быть проложены шины дальше и присоединены к нагрузке рядом с выводами напряжения питания (этот способ требует наличия четырех проводов, два из которых должны быть рассчитаны на большие токи нагрузки). У большинства серийных источников питания имеется перемычка на задней стенке, соединяющей измени тельные входы стабилизатора с его выходом, которую можно убрать для «вынесения» измерительных входов. Аналогично включаются четырехпроводные резисторы для измерения тока нагрузки при построении источников питания с точно удерживаемым постоянным значением тока в нагрузке. Более подробно об этом описано в разд. 6.24.

Параллельное включение проходных транзисторов. Если от источника питания требуются большие значения выходного тока, то приходится применять несколько проходных транзисторов, соединенных параллельно. При этом из-за разброса параметра Uбэ приходится последовательно с эмиттером каждого из них ставить небольшой резистор, как показано на рис. 6.11. Эти резисторы приблизительно одинаково распределяют ток между проходными транзисторами. Значение R выбирается таким, чтобы падение напряжения на резисторе было ~ 0.2 В при максимальном значении выходного тока. Мощные ПТ могут быть соединены параллельно без дополнительных элементов благодаря отрицательному наклону зависимости их тока стока от температуры (рис. 3.13).

Рис. 6.11. Применение «балластных» эмиттерных резисторов при параллельном включении мошны биполярных транзисторов.

Область безопасной работы (ОБР). Последнее замечание о мощных транзисторах: явление, известное как «лавинный пробой», ограничивает одновременно и ток, и напряжение, которое может быть приложено к любому конкретному транзистору, поэтому изготовителем указывается область безопасной работы (это совокупность диапазонов безопасных напряжений при данном токе в зависимости от времени его протекания). Лавинный пробой связан с образованием «горячих точек» в транзисторных переходах и возникающем вследствие этого неравномерном распределении полного тока нагрузки. Этот факт накладывает на ток коллектора более жесткие ограничения, чем максимум рассеиваемой мощности (кроме случаев малых напряжений между коллектором и эмиттером). На рис. 6.12 показана область безопасной работы для широко применяемого транзистора 2N3055. При Uкэ > 40 В лавинный пробой ограничивает постоянный ток коллектора до величин меньших, чем позволяет максимальное значение рассеиваемой мощности (115 Вт). На рис. 6.13 показана область безопасной работы для двух подобных друг другу мощных высокочастотных транзисторов: биполярного n-p-n — транзистора 2N6274 и n — канального МОП — транзистора VNE003A. При Uкэ > 10 В лавинный пробой ограничивает постоянный ток коллектора n-p-n — транзистора значениями, соответствующими мощности рассеяния меньшей, чем максимально допустимая паспортная величина 250 Вт. Эта проблема не столь серьезна для коротких импульсов и фактически перестает просматриваться при длительности импульсов менее 1 мс. Обратите внимание на то, что МОП — транзистор не подвержен лавинному пробою; его ОБР ограничена максимально допустимым током (ограничение вносит сечение проводников, а их сопротивление для коротких импульсов тока выше, чем на постоянном токе), допустимой мощностью рассеяния и максимально допустимым напряжением затвор-исток. Более подробно об этом сказано в гл. 3, там где рассматриваются мощные транзисторы.

рис. 6.12. Область безопасной работы мощного биполярного транзистора 2N3055 (с разрешения Motorola, Inc.), — — — ограничен сечением выводов: температурное ограничение Тк = 250°С (отдельные импульсы), _____ ограничение лавинного пробоя

Рис. 6.13. Сравнение ОБР мощного биполярного n-p-n — транзистора и n — канального МОП — транзистора. — — — 2N6274 (прп): _____ (n — канальный МОП) VNE003A


Нестабилизированные источники питания


Последовательное включение полевых транзисторов — Яхт клуб Ост-Вест

Для анализа работы усиливающее устройство удобно представлять в виде 4–полюсника с двумя входными и двумя выходными клеммами. Полевой транзистор имеет три электрода: исток, сток и затвор. Если представить ПТ в виде 4–полюсника, то какой-то его электрод будет использован дважды, т.е. будет общим для входной и выходной цепей. Таким образом, имеются три возможных схемы включения ПТ: с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) и с общим стоком (ОС) (рис. 4).

Схемы включения полевого транзистора с ОИ (а), ОЗ (б), ОС (в)

с ис и

з

з

UВЫХUВЫХUВЫХ

UВХUВХUВХ

ии з з с с

Рис.4 .

4. Усилитель на полевом транзисторе

Среди усилителей, выполненных на полевых транзисторах, наиболее широкое применение получил усилитель, в котором ПТ включен по схеме с общим истоком (ОИ). На рис. 5 приведена принципиальная схема наиболее распространенного варианта усилительного каскада.

В данной схеме использован ПТ с р-n–переходом и каналом n–типа. Поэтому полярность «+» напряжения источника питания ЕСподается на сток, а «-» – на исток ПТ. Направления токов IСи IИуказаны на схеме. Из I закона Кирхгофа следует, что IС+ IЗ– IИ= 0, где IЗ— ток затвора. Но IЗ 0, и, следовательно, IСIИ.

Данная схема экономична, так как позволяет обходиться одним источником напряжения. Вместо второго источника ЕЗИ, в цепь истока ПТ включен резистор RИ.

Принципиальная схема усилителя на полевом транзисторе

Этот резистор необходим, чтобы обеспечить разность потенциалов UЗИмежду затвором и истоком ПТ. Ток истока, проходя через RИ, создает на нем падение напряжения UЗИо= -IИоRИ= -IСоRИ, где IИо, IСои UЗИо— постоянные составляющие токов IИи IСи напряжения UЗИ. Причем, более высокий потенциал U «+» имеет исток ПТ. Чтобы отрицательный потенциал «–» был приложен к затвору транзистора в цепь его затвора включен резистор RЗ. Так как IЗ 0, то напряжение на RЗпрактически отсутствует. Говорят, что резистор RЗосуществляет гальваническую связь затвора с общей шиной, т. е. потенциал затвора равен нулю. Поэтому напряжение UЗИопрактически приложено к электродам ПТ затвор–исток и называется напряжением смещения.

Помимо этой функции резистор RЗвместе с резистором RИобразуют цепь обратной связи по постоянному току. Обратной связью называют передачу части энергии сигнала с выхода некоторого устройства на его вход. В усилителях, как правило, используется отрицательная обратная связь: часть напряжения с выхода усилителя (напряжение обратной связи UОС) вычитается из входного напряжения UВХи результирующее напряжение равное разности UВХ– UОС, подается на вход транзистора. Усилители, охваченные отрицательной обратной связью, работают более устойчиво, так как стабилизируется режим покоя усилителя. Покажем это.

Предположим, что за счет каких-то внешних воздействий (повышения температуры, случайных изменений напряжения Ес, появления радиации и т.д.) ток стока ICовозрастает. Так как IСоIИо, то растет и ток истока IИо(рис. 5), увеличивается падение напряжения на резисторе RИ, уменьшается потенциал затвора ПТ относительно истока, растет сопротивление канала, что приводит к уменьшению и, следовательно, к стабилтзации токов IСои IИо. Таким образом, с помощью резисторов RИи RЗбудет поддерживаться постоянство IСои IИопри воздействиях внешних факторов.

Резистор RИобразует, кроме того, еще цепь отрицательной обратной связи по переменному току. Действительно, пусть на вход усилителя подается положительный импульс напряжения относительно общей шины схемы. Так как в данной схеме используется транзистор с каналом n–типа, то при увеличении потенциала затвора сечение канала увеличивается и токи стока IСи истока IИвозрастают. Ток истока, проходя через резистор RИ, создает на нем дополнительное падение напряжения, увеличивающее потенциал истока, и равноеIИRИ. Это напряжение и является напряжением обратной связи UОС. Следовательно, ко входу транзистора прикладывается напряжение UЗИ, представляющее разность двух напряжений UВХи UОС. Это следует из того, что в цепи, подключаемой к затвору и истоку транзистора, источники напряжения UВХи UОСвключены последовательно и навстречу друг с другом. Действительно, положительный импульс UВХповышает потенциал затвора, а напряжение обратной связи UОС, как было показано, увеличивает потенциал истока относительно общей шины схемы. Следовательно, разность потенциалов или напряжение между затвором и истоком UЗИуменьшается. К сожалению, это приводит к уменьшению модуля коэффициента усиления усилителя К, но зато другие параметры усилителя улучшаются. Если же однокаскадный усилитель должен иметь большой коэффициент усиления, то от отрицательной обратной связи по переменному току отказываются, как это сделано в данной схеме (рис. 5). Для этого достаточно параллельно резистору RИподключить конденсатор СИ, шунтирующий RИ. Цепь RИCИназывается цепью автоматического смещения рабочей точки и предназначена для обеспечения обратного напряжения на затворе транзистора.

Конденсаторы СЗи СИиграют роль разделительных конденсаторов. Конденсатор, стоящий в цепи затвора, служит для предотвращения протекания постоянной составляющей:

тока затвора через источник входного сигнала;

тока от источника входного сигнала через резистор RЗ.

Конденсатор СС, стоящий в цепи стока, необходим для предотвращения протекания постоянной составляющей тока стока через сопротивление нагрузки усилительного каскада .

Резистор RСстоящий в цепи стока, является нагрузкою транзистора. С него, через разделительный конденсатор СС, снимается выходное напряжение UВЫХ= – iСRС, iС— переменная составляющая в цепи стока, которая появляется при подаче сигнала на вход транзистора. Изменения IСприводит к изменению напряжения UСИ. UВЫХ= UСИ= – iСRС. Знак минус говорит о том, что выходное напряжение и ток стока (или выходное и входное напряжения ПТ) находятся в противофазе. Действительно, если на вход транзистора приходит отрицательный импульс напряжения —, сечение канала становится меньше, сопротивление канала возрастает, а ток стока уменьшается. На резисторе RСпадение напряженияiСRСстановится меньше, т.е. потенциал стока транзистора возрастает, что соответствует положительному импульсу напряжения на стоке —. Таким образом, если на вход транзистора поступает отрицательный импульс, то на его выходе появляется положительный импульси наоборот. Следовательно, ПТ усиливает сигнал и инвертирует его на 180 0 .

Подобно тому, как в различных электронных устройствах биполярные транзисторы работают с включением по схеме с общим эмиттером, с общим коллектором или с общей базой, полевые транзисторы во многих случаях можно использовать аналогичным образом включая их: с общим истоком, с общим стоком или с общим затвором.

Разница заключается в способе управления: биполярный транзистор управляется током базы, а полевой транзистор — зарядом затвора.

С точки зрения затрат энергии на управление, управление полевым транзистором получается в целом более экономичным, чем управление транзистором биполярным. Это один из факторов, объясняющих нынешнюю популярность полевых транзисторов. Рассмотрим, однако, в общих чертах типичные схемы включения полевых транзисторов.

Включение с общим истоком

Схема включения полевого транзистора с общим истоком является аналогом схемы с общим эмиттером для биполярного транзистора. Такое включение весьма распространено в силу возможности давать значительное усиление по мощности и по току, фаза напряжения цепи стока при этом переворачивается.

Входное сопротивление непосредственно перехода затвор-исток достигает сотен мегаом, хотя оно может быть уменьшено путем добавления резистора между затвором и истоком с целью гальванически подтянуть затвор к общему проводу (защита полевого транзистора от наводок).

Величина этого резистора Rз (от 1 до 3 МОм обычно) подбирается так, чтобы не сильно шунтировать сопротивление затвор-исток, при этом не допускать перенапряжения от тока обратносмещенного управляющего перехода.

Существенное входное сопротивление полевого транзистора в схеме с общим истоком является важным достоинством именно полевого транзистора, при его использовании в схемах усиления напряжения, тока и мощности, ведь сопротивление в цепи стока Rс не превышает обычно единиц кОм.

Включение с общим стоком

Схема включения полевого транзистора с общим стоком (истоковый повторитель) является аналогом схемы с общим коллектором для биполярного транзистора (эмиттерный повторитель). Такое включение используется в согласующих каскадах, где выходное напряжение должно находиться в фазе с входным.

Входное сопротивление перехода затвор-исток как и прежде достигает сотен мегаом, при этом выходное сопротивление Rи сравнительно небольшое. Данное включение отличается более высоким частотным диапазоном, чем схема с общим истоком. Коэффициент усиления по напряжению близок к единице, так как напряжение исток-сток и затвор-исток для данной схемы обычно близки по величине.

Включение с общим затвором

Схема с общим затвором — подобие каскаду с общей базой для биполярного транзистора. Усиления по току здесь нет, потому и усиление по мощности многократно меньше, чем в каскаде с общим истоком. Напряжение при усилении имеет ту же фазу, что и управляющее напряжение.

Поскольку выходной ток равен входному, то и коэффициент усиления по току равен единице, а коэффициент усиления по напряжению, как правило, больше единицы.

В данном включении присутствует особенность – параллельная отрицательная обратная связь по току, ибо при повышении управляющего входного напряжения, потенциал истока возрастает, соответственно ток стока уменьшается, и снижает напряжение на сопротивлении в цепи истока Rи.

Так с одной стороны напряжение на сопротивлении истока увеличивается благодаря росту входного сигнала, но уменьшается снижением тока стока, это и есть отрицательная обратная связь.

Данный феномен делает шире полосу пропускания каскада в области высоких частот, поэтому схема с общим затвором популярна в усилителях напряжения высоких частот, и особенно востребована в высоко устойчивых резонансных схемах.

С ростом мощности силового оборудования повышаются требования к электронике управления высоковольтной и сильноточной нагрузкой. В мощных импульсных преобразователях, где элементы работают одновременно с высокими уровнями напряжений и токов, зачастую требуется параллельное соединение силовых ключей, таких, например, как IGBT транзисторы, хорошо работающие в подобных схемах.

Существует множество нюансов, которые необходимо учитывать при параллельном включении двух и более IGBT. Один из них – соединение затворов транзисторов. Затворы параллельных IGBT могут подключаться к драйверу через общий резистор, отдельные резисторы или комбинацию общего и отдельных сопротивлений (Рисунок 1). Большинство специалистов сходится во мнении, что обязательно нужно использовать отдельные резисторы. Однако существуют веские доводы в пользу схемы с общим резистором.


а) Индивидуальные резисторы
б) Общий резистор
в) Комбинированное включение резисторов
Рисунок 1. Различные конфигурации схем управления затворами IGBT.

В первую очередь при расчете схемы с параллельными IGBT нужно определить максимальный ток управления транзисторами. Если выбранный драйвер не может обеспечить суммарный базовый ток нескольких IGBT, придется ставить отдельный драйвер на каждый транзистор. В этом случае индивидуальный резистор будет у каждого IGBT. Быстродействия большинства драйверов достаточно, чтобы обеспечить интервал между импульсами включения и выключения в несколько десятков наносекунд. Это время вполне соразмерно с временем переключения IGBT, составляющим сотни наносекунд.

При использовании одного драйвера предметом обсуждения может быть конфигурация резисторов в цепях затворов. Недостатком схемы с отдельными резисторами (Рисунок 1а) является возможность увеличения разброса времени переключения вследствие того, что управляющие напряжения затворов не будут отслеживать выходные сигналы драйвера. Даже если импульсы управления, подающиеся на резисторы с драйвера, будут абсолютно идентичны, различия в зарядах затворов в совокупности с сопротивлениями затворов и импеденсами проводников печатной платы приведут к несовпадению времен нарастания, спада и задержки сигналов на затворах IGBT. Тем не менее, многие выступают в защиту индивидуальных резисторов, поскольку последние минимизируют вероятность возникновения паразитной генерации между IGBT.

Причиной генерации может стать паразитная индуктивность платы (обычно в цепи эмиттера) в сочетании с емкостью затвора и усилением транзисторов. Минимизация индуктивности в цепи эмиттера играет важную роль в предотвращении паразитной генерации.

Общий резистор (Рисунок 1б) гарантирует, что потенциалы затворов обоих IGBT в любой момент времени будет практически одинаковыми, имея лишь незначительный разброс, обусловленный вариациями паразитных импедансов платы. При переходных процессах это может уменьшить различие в уровнях потерь и способствовать более равномерному распределению тока между транзисторами. С точки зрения режима по постоянному току не имеет значения, используются ли отдельные резисторы или один общий, поскольку, в конечном счете, затворы всех IGBT заряжаются до напряжения смещения. Аргументы в пользу общего резистора можно найти и в других источниках, но приводимые там рекомендации нельзя использовать как общие указания в случае с отдельными резисторами в цепях затворов.

Для тестирования различных конфигураций резисторов из 22 выпускаемых ON Semiconductor IGBT типа NGTB40N60IHL были выбраны два транзистора с наибольшим взаимным разбросом параметров. Их потери при включении составляли 1.65 мДж и 1.85 мДж, а потери при выключении 0.366 мДж и 0.390 мДж, соответственно. Транзисторы рассчитаны на рабочее напряжение 600 В и ток 40 А.

При использовании одного общего драйвера с отдельными 22-омными резисторами, наблюдалось ярко выраженное несовпадение кривых тока в момент выключения из-за несоответствия скоростей переключения, неравенства порогов, крутизны и зарядов затворов двух приборов. Замена двух резисторов одним общим с сопротивлением 11 Ом в любой момент времени уравнивает потенциалы на затворах обоих IGBT. В такой конфигурации существенно уменьшается перекос токов в момент выключения. С точки зрения рассогласования по постоянному току конфигурация резисторов значения не имеет.

Поскольку до разработки и сборки реального прототипа определить, возникнет ли между приборами паразитная генерация, невозможно, рекомендуется использовать комбинированную схему включения резисторов в цепях затворов (Рисунок 1в).

Комбинированная схема обеспечивает гибкость подбора сопротивлений резисторов, основанную на учете паразитных импедансов реальной схемы. Если в схеме с общим резистором наблюдается генерация, активную часть полного сопротивления цепи затвора можно разделить на отдельный и общий компонент. Для получения оптимальных характеристик сопротивления индивидуальных резисторов должны, насколько возможно, превышать значение сопротивления затвора, но оставаться в пределах, при которых исключается риск возникновения генерации. Эта схема легко может быть приведена в соответствие с конкретными условиями эксплуатации и использоваться в качестве самостоятельного функционального блока. Таким способом можно обеспечить максимальную близость потенциалов на затворах IGBT в моменты переключения, но с учетом опасности возникновения генерации лучше добавить небольшие индивидуальные сопротивления.

Оптимизация параметров мощных схем с параллельным включением силовых ключей позволяет повысить надежность устройства и улучшить его рабочие характеристики. Рассмотренные в статье схемы управления затворами IGBT – один из факторов повышения эффективности мощных коммутационных узлов преобразовательной техники.

Перевод: Антон Юрьев по заказу РадиоЛоцман

Последовательное соединение транзисторов — Обмен электротехнического стека

Последовательное соединение транзисторов — Обмен электротехнического стека
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Подписаться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 8к раз

\ $ \ begingroup \ $

Я знаю, что мы можем подключить два или более транзисторов параллельно, чтобы увеличить максимальный ток переключения, но как насчет увеличения максимального напряжения?

Можем ли мы соединить их последовательно?

Например, соединение двух 2N3055 дает 100 В 5 А, а не 50 В 5 А?

JRE

52.11k88 золотых знаков8080 серебряных знаков139139 бронзовых знаков

Создан 08 фев.

М.А.К.М.А.К

1,9559 золотых знаков2121 серебряный знак4040 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 10 \ $ \ begingroup \ $

Да, это возможно, но менее тривиально, чем их параллельное размещение.

Вам нужно кодирование , которое выполняется так:

смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab

Qsw выполняет фактическое переключение

Qcasc предназначен для разделения напряжения между транзисторами

Я использовал такие схемы, где мне нужно переключать 5,5 В, но я ограничен использованием (на кристалле) транзисторов, которые могут выдерживать только 2,7 В.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *