Controlador de transistor de efecto de campo de componente discreto

Una cosa es que para el control de alta velocidad de un potente transistor de efecto de campo con una puerta pesada hay controlador listo para usar en forma de chip especializado como UCC37322, y bastante diferente cuando no existe tal controlador, y el esquema de control de la tecla de encendido debe implementarse aquí y ahora.

En tales casos, a menudo es necesario recurrir a la ayuda de componentes electrónicos discretos que están disponibles, y ya de ellos para ensamblar el controlador del obturador. Al parecer, el caso no es complicado, sin embargo, para obtener parámetros de tiempo adecuados para cambiar el transistor de efecto de campo, todo debe hacerse de manera eficiente y funcionar correctamente.

Sergey BSVi propuso una idea muy valiosa, concisa y de alta calidad con el objetivo de resolver un problema similar en 2009 en su blog "Embedder Page".

El autor probó con éxito el circuito en el medio puente a frecuencias de hasta 300 kHz. En particular, a una frecuencia de 200 kHz, con una capacidad de carga de 10 nF, fue posible obtener frentes con una duración de no más de 100 ns. Veamos el lado teórico de esta solución e intentemos comprender en detalle cómo funciona este esquema.

Las principales corrientes de carga y descarga de la compuerta al desbloquear y bloquear la llave maestra fluyen a través de los transistores bipolares de la etapa de salida del controlador. Estos transistores deben soportar la corriente de control de la puerta de pico, y su voltaje máximo de colector-emisor (de acuerdo con la hoja de datos) debe ser mayor que el voltaje de alimentación del controlador. Típicamente, 12 voltios son suficientes para controlar el obturador de campo. En cuanto a la corriente máxima, suponemos que no supera los 3A.

Si se necesita una corriente más alta para controlar la clave, entonces los transistores de la etapa de salida también deben ser más potentes (por supuesto, con una frecuencia límite adecuada de transferencia de corriente).

Para nuestro ejemplo, un par complementario - BD139 (NPN) y BD140 (PNP) es adecuado como transistores de la etapa de salida. Tienen un voltaje límite de colector-emisor de 80 voltios, una corriente de colector pico de 3A, una frecuencia de transferencia de corriente de corte de 250 MHz (¡importante!), Y un coeficiente mínimo de transferencia de corriente estática de 40.

Para aumentar la ganancia de corriente, se agrega un par complementario adicional de transistores de baja corriente KT315 y KT361 con un voltaje inverso máximo de 20 voltios, un coeficiente mínimo de transferencia de corriente estática de 50 y una frecuencia de corte de 250 MHz tan alta como los transistores de salida BD139 y BD140 .

Como resultado, obtenemos dos pares de transistores conectados de acuerdo con el circuito de Darlington con un coeficiente de transferencia de corriente mínima total de 50 * 40 = 2000 y con una frecuencia de corte de 250 MHz, es decir, teóricamente en el límite, la velocidad de conmutación puede alcanzar varios nanosegundos. Pero dado que estamos hablando de procesos relativamente largos de carga y descarga de la capacitancia de la puerta, esta vez será un orden de magnitud mayor.

La señal de control se debe suministrar a la base combinada de los transistores KT315 y KT361. Las corrientes de apertura de los transistores de las bases NPN (superior) y PNP (inferior) deben estar separadas.

Para este propósito, se podrían instalar resistencias de aislamiento en el circuito, pero la solución con la instalación de una unidad auxiliar en el KT315, la resistencia y el diodo 1n4148 resultó ser mucho más efectiva para este circuito en particular.

La función de esta unidad es activar rápidamente la base de los transistores superiores de la etapa de baja corriente al aplicar un voltaje más alto a la base de esta unidad, y con la misma rapidez a través del diodo, tire de las bases a menos cuando aparezca una señal del nivel más bajo en la base de la unidad.

Para poder controlar este controlador desde una fuente de señal de baja corriente con una corriente de salida del orden de 10 mA, se instala un transistor de efecto de campo de baja corriente KP501 y un optoacoplador de alta velocidad 6n137 en el circuito.

Cuando se aplica una corriente de control a través de una cadena de 2-3 optoacopladores, el transistor bipolar de salida en su interior pasa a un estado conductor, y en el pin 6 hay un colector abierto al que se conecta una resistencia, que tira de la puerta del transistor de efecto de campo de baja corriente KP501 al bus de potencia positiva del optoacoplador.

Por lo tanto, cuando se suministra una señal de alto nivel a la entrada del optoacoplador, habrá una señal de bajo nivel en la puerta del controlador de campo KP501, y se cerrará, proporcionando así la posibilidad de que la corriente fluya a través de la base del superior de acuerdo con el esquema KT315: el controlador cargará la puerta del controlador de campo principal.

Si a la entrada del optoacoplador hay una señal de bajo nivel o no hay señal, entonces a la salida del optoacoplador habrá una señal de alto nivel, el obturador KP501 se cargará, su circuito de reserva se cerrará y la base del circuito superior de acuerdo con el circuito KT315 se reducirá a cero.

La etapa de salida del controlador comenzará a descargar la puerta de la llave que controla. Es importante tener en cuenta que en este ejemplo el voltaje de la fuente de alimentación del optoacoplador está limitado a 5 voltios, y la etapa principal del controlador está alimentada por un voltaje de 12 voltios.