Feldeffekttransistortreiber für diskrete Komponenten

Es ist eine Sache, wenn es für die Hochgeschwindigkeitssteuerung eines leistungsstarken Feldeffekttransistors mit einem schweren Gate einen gibt fertiger Treiber in Form eines Spezialchips wie UCC37322 und ganz anders, wenn es keinen solchen Treiber gibt, und das Power-Key-Steuerungsschema muss hier und jetzt implementiert werden.

In solchen Fällen ist es häufig erforderlich, auf die Hilfe diskreter elektronischer Komponenten zurückzugreifen, die verfügbar sind, und diese bereits zu verwenden, um den Verschlusstreiber zusammenzubauen. Der Fall scheint nicht schwierig zu sein, aber um angemessene Zeitparameter zum Schalten des Feldeffekttransistors zu erhalten, muss alles effizient durchgeführt werden und korrekt funktionieren.

Eine sehr lohnende, prägnante und qualitativ hochwertige Idee mit dem Ziel, ein ähnliches Problem zu lösen, wurde bereits 2009 von Sergey BSVi in seinem Blog „Embedder Page“ vorgeschlagen.

Die Schaltung wurde vom Autor erfolgreich in der Halbbrücke bei Frequenzen bis 300 kHz getestet. Insbesondere bei einer Frequenz von 200 kHz mit einer Lastkapazität von 10 nF konnten Fronten mit einer Dauer von nicht mehr als 100 ns erhalten werden. Schauen wir uns die theoretische Seite dieser Lösung an und versuchen wir im Detail zu verstehen, wie dieses Schema funktioniert.

Die Hauptströme des Ladens und Entladens des Gates beim Entriegeln und Verriegeln des Hauptschlüssels fließen durch die Bipolartransistoren der Treiberausgangsstufe. Diese Transistoren müssen dem Spitzen-Gate-Steuerstrom standhalten und ihre maximale Kollektor-Emitter-Spannung (gemäß Datenblatt) muss größer sein als die Treiberversorgungsspannung. In der Regel reichen 12 Volt aus, um den Feldverschluss zu steuern. Für den Spitzenstrom wird angenommen, dass er 3A nicht überschreitet.

Wenn zur Steuerung des Schlüssels ein höherer Strom benötigt wird, müssen auch die Transistoren der Ausgangsstufe leistungsfähiger sein (natürlich mit einer geeigneten Grenzfrequenz für die Stromübertragung).

In unserem Beispiel ist ein komplementäres Paar - BD139 (NPN) und BD140 (PNP) - als Transistoren der Ausgangsstufe geeignet. Sie haben eine Kollektor-Emitter-Grenzspannung von 80 Volt, einen Kollektor-Spitzenstrom von 3A, eine Grenzstromübertragungsfrequenz von 250 MHz (wichtig!) Und einen statischen Mindeststromübertragungskoeffizienten von 40.

Um die Stromverstärkung zu erhöhen, wird ein zusätzliches komplementäres Paar von Niedrigstromtransistoren KT315 und KT361 mit einer maximalen Sperrspannung von 20 Volt, einem minimalen statischen Stromübertragungskoeffizienten von 50 und einer Grenzfrequenz von 250 MHz hinzugefügt, die so hoch ist wie die Ausgangstransistoren BD139 und BD140 .

Als Ergebnis erhalten wir zwei Transistorpaare, die gemäß der Darlington-Schaltung mit einem minimalen Gesamtstromübertragungskoeffizienten von 50 * 40 = 2000 und einer Grenzfrequenz von 250 MHz verbunden sind, dh theoretisch im Grenzbereich kann die Schaltgeschwindigkeit mehrere Nanosekunden erreichen. Da es sich jedoch um relativ lange Lade- und Entladevorgänge der Gatekapazität handelt, wird diese Zeit um eine Größenordnung höher sein.

Das Steuersignal muss an die kombinierte Basis der Transistoren KT315 und KT361 geliefert werden. Die Öffnungsströme der Basis-NPN-Transistoren (oben) und PNP-Transistoren (unten) müssen getrennt werden.

Zu diesem Zweck könnten Isolationswiderstände in der Schaltung installiert werden, aber die Lösung mit der Installation einer Hilfseinheit am KT315, Widerstand und 1n4148-Diode erwies sich für diese spezielle Schaltung als viel effektiver.

Die Funktion dieser Einheit besteht darin, die Basis der oberen Transistoren der Niedrigstromstufe schnell zu aktivieren, wenn eine höhere Spannung an die Basis dieser Einheit angelegt wird, und ebenso schnell durch die Diode die Basen auf Minus zu ziehen, wenn ein Signal mit dem niedrigsten Pegel an der Basis der Einheit erscheint.

Um diesen Treiber von einer Niedrigstromsignalquelle mit einem Ausgangsstrom in der Größenordnung von 10 mA steuern zu können, sind ein Niedrigstrom-Feldeffekttransistor KP501 und ein Hochgeschwindigkeits-Optokoppler 6n137 in der Schaltung installiert.

Wenn ein Steuerstrom durch eine Kette von 2-3 Optokopplern angelegt wird, geht der darin befindliche Bipolartransistor in einen leitenden Zustand über, und an Pin 6 befindet sich ein offener Kollektor, an den ein Widerstand angeschlossen ist, der das Gate des Niederstrom-Feldeffekttransistors KP501 zum positiven Leistungsbus des Optokopplers zieht.

Wenn also ein Signal mit hohem Pegel an den Eingang des Optokopplers geliefert wird, befindet sich ein Signal mit niedrigem Pegel am Gate des KP501-Feldreglers und wird geschlossen, wodurch die Möglichkeit besteht, dass Strom gemäß dem KT315-Schema durch die Basis des oberen fließt - der Treiber lädt das Gate des Hauptfeldcontrollers auf.

Wenn am Eingang des Optokopplers ein Signal mit niedrigem Pegel oder kein Signal anliegt, liegt am Ausgang des Optokopplers ein Signal mit hohem Pegel an, der Verschluss KP501 wird aufgeladen, sein Standardkreis wird geschlossen und die Basis des oberen Kreises gemäß dem KT315-Stromkreis wird auf Null gezogen.

Die Treiberausgangsstufe beginnt, das Gate des von ihr gesteuerten Schlüssels zu entladen. Es ist wichtig zu beachten, dass in diesem Beispiel die Versorgungsspannung des Optokopplers auf 5 Volt begrenzt ist und die Hauptstufe des Treibers mit einer Spannung von 12 Volt versorgt wird.