Дискретен транзисторен драйвер на компонентно поле

Едно е, когато има високоскоростен контрол на мощен полеви транзистор с тежка врата готов драйвер под формата на специализиран чип като UCC37322, и съвсем различно, когато няма такъв драйвер, и схемата за управление на клавишите за захранване трябва да бъде приложена тук и сега.

В такива случаи често е необходимо да се прибегне до помощта на дискретни електронни компоненти, които са на разположение, и вече от тях, за да се сглоби драйверът на затвора. Случаят, изглежда, не е труден, но за да се получат адекватни времеви параметри за превключване на транзистора на полевия ефект, всичко трябва да се направи ефективно и да се работи правилно.

Много стойностна, сбита и висококачествена идея с цел да се реши подобен проблем беше предложена още през 2009 г. от Сергей BSVi в блога му „Страница за вграждане“.

Веригата успешно е тествана от автора в полумоста при честоти до 300 kHz. По-специално, при честота 200 kHz, с капацитет на натоварване 10 nF, беше възможно да се получат фронтове с продължителност не повече от 100 ns. Нека разгледаме теоретичната страна на това решение и се опитаме да разберем подробно как работи тази схема.

Основните токове на заряда и изпускането на портата при отключване и заключване на потока на главния ключ през биполярните транзистори на изходния етап на водача. Тези транзистори трябва да издържат на върховия контролен ток и максималното им напрежение колектор-емитер (според таблицата с данни) трябва да бъде по-голямо от захранващото напрежение на водача. Обикновено 12 волта са достатъчни за контрол на полевия затвор. Що се отнася до пиковия ток, приемаме, че той не надвишава 3A.

Ако е необходим по-висок ток за управление на ключа, тогава транзисторите на изходния етап също трябва да бъдат по-мощни (разбира се, с подходяща ограничаваща честота на предаване на ток).

За нашия пример допълнителна двойка - BD139 (NPN) и BD140 (PNP) е подходяща като транзистори на изходния етап. Те имат гранично напрежение колектор-излъчвател 80 волта, пиков колекторен ток от 3А, честота на прехвърляне на тока на прекъсване 250 MHz (важно!) И минимален коефициент на предаване на статичен ток 40.

За увеличаване на усилването на тока се добавя допълнителна допълваща двойка транзистори с нисък ток KT315 и KT361 с максимално обратно напрежение от 20 волта, минимален коефициент на пренос на статичен ток 50 и честота на прекъсване 250 MHz се добавя толкова високо, колкото изходните транзистори BD139 и BD140 ,

В резултат на това получаваме две двойки транзистори, свързани по веригата на Дарлингтън с общ коефициент на минимален ток на предаване 50 * 40 = 2000 и с честота на прекъсване 250 MHz, тоест теоретично в граница скоростта на превключване може да достигне няколко наносекунди. Но тъй като говорим за сравнително дълги процеси на зареждане и освобождаване на капацитета на портата, този път ще бъде с порядък по-голям.

Управляващият сигнал трябва да се подава към комбинираната база от транзистори KT315 и KT361. Токовете на отваряне на базите NPN (горен) и PNP (долен) транзистори трябва да бъдат разделени.

За тази цел във веригата могат да бъдат инсталирани изолационни резистори, но решението с инсталирането на спомагателен блок върху KT315, резистор и диод 1n4148 се оказа много по-ефективно за тази конкретна схема.

Функцията на този уред е да активира бързо основата на горните транзистори на нискотоковия етап при прилагане на по-високо напрежение към основата на този модул и също толкова бързо през диода издърпва основите до минус, когато на основата на устройството се появи сигнал от най-ниското ниво.

За да може да управлява този драйвер от източник на сигнал с нисък ток с изходен ток от порядъка на 10 mA, във веригата са инсталирани транзистор с нисък ток КП501 и високоскоростен оптрон 6n137.

Когато се прилага управляващ ток през верига от 2-3 оптрони, изходният биполярен транзистор вътре в него преминава в проводящо състояние, а на щифт 6 има отворен колектор, към който е свързан резистор, който дърпа затворите на полевия транзистор с нисък ток КП501 към шината с положителна мощност на оптрона.

По този начин, когато на входа на оптрона се подава сигнал от високо ниво, сигнал на ниско ниво ще бъде на портата на полевия контролер KP501 и той ще се затвори, като по този начин се предоставя възможност токът да тече през основата на горния съгласно схемата KT315 - водачът ще зарежда портата на главния полев контролер.

Ако на входа на оптрона има сигнал за ниско ниво или няма сигнал, тогава на изхода на оптрона ще има сигнал от високо ниво, затворът KP501 ще се зарежда, неговата запасна верига ще се затвори, а основата на горната верига според схемата KT315 ще бъде изтеглена до нула.

Изходният етап на драйвера ще започне да освобождава портата на ключа, който управлява. Важно е да се отбележи, че в този пример напрежението за захранване на оптрона е ограничено до 5 волта, а основният етап на драйвера се захранва от напрежение 12 волта.