Dyskretny sterownik tranzystora polowego z komponentem

To jedno, gdy istnieje możliwość szybkiego sterowania silnym tranzystorem polowym z ciężką bramką gotowy sterownik w postaci specjalistycznego układu scalonego jak UCC37322 i całkiem inaczej, gdy nie ma takiego sterownika, a schemat sterowania klawiszem zasilania musi zostać zaimplementowany tu i teraz.

W takich przypadkach często konieczne jest skorzystanie z pomocy dyskretnych elementów elektronicznych, które są dostępne, a już od nich, w celu montażu sterownika migawki. Wydaje się, że sprawa nie jest trudna, jednak aby uzyskać odpowiednie parametry czasowe do przełączania tranzystora polowego, wszystko musi być wykonane sprawnie i działać poprawnie.

Bardzo wartościowy, zwięzły i wysokiej jakości pomysł mający na celu rozwiązanie podobnego problemu został zaproponowany w 2009 roku przez Sergeya BSVi na swoim blogu „Embedder Page”.

Obwód został pomyślnie przetestowany przez autora w półmostku na częstotliwościach do 300 kHz. W szczególności przy częstotliwości 200 kHz, przy pojemności obciążenia 10 nF, możliwe było uzyskanie frontów o czasie trwania nie większym niż 100 ns. Spójrzmy na teoretyczną stronę tego rozwiązania i spróbujmy szczegółowo zrozumieć, jak działa ten schemat.

Główne prądy ładowania i rozładowania bramki podczas odblokowywania i blokowania klucza głównego przepływają przez tranzystory bipolarne stopnia wyjściowego sterownika. Tranzystory te muszą wytrzymać szczytowy prąd sterujący bramką, a ich maksymalne napięcie kolektor-emiter (zgodnie z arkuszem danych) musi być większe niż napięcie zasilania sterownika. Zazwyczaj 12 woltów wystarcza do sterowania migawką polową. Jeśli chodzi o prąd szczytowy, zakładamy, że nie przekracza on 3A.

Jeśli do sterowania kluczem potrzebny jest wyższy prąd, wówczas tranzystory stopnia wyjściowego również muszą być mocniejsze (oczywiście o odpowiedniej częstotliwości granicznej przenoszenia prądu).

W naszym przykładzie para komplementarna - BD139 (NPN) i BD140 (PNP) jest odpowiednia jako tranzystory stopnia wyjściowego. Mają maksymalne napięcie kolektor-emiter 80 woltów, szczytowy prąd kolektora 3A, częstotliwość przenoszenia prądu odcięcia 250 MHz (ważne!) Oraz minimalny współczynnik przenoszenia prądu statycznego 40.

Aby zwiększyć zysk prądu, dodawana jest dodatkowa para komplementarnych tranzystorów niskoprądowych KT315 i KT361 o maksymalnym napięciu wstecznym 20 woltów, minimalnym współczynniku przenikania prądu statycznego 50 i częstotliwości odcięcia 250 MHz, tak wysokiej jak wyjściowe tranzystory BD139 i BD140 .

W rezultacie otrzymujemy dwie pary tranzystorów połączone zgodnie z obwodem Darlington z całkowitym minimalnym współczynnikiem przenoszenia prądu 50 * 40 = 2000 i częstotliwością odcięcia 250 MHz, czyli teoretycznie w granicy, prędkość przełączania może osiągnąć kilka nanosekund. Ponieważ jednak mówimy o stosunkowo długich procesach ładowania i rozładowywania pojemności bramki, tym razem będzie on o rząd wielkości większy.

Sygnał sterujący musi być dostarczony do połączonej podstawy tranzystorów KT315 i KT361. Prądy otwarcia bazowych tranzystorów NPN (górny) i PNP (dolny) muszą być oddzielone.

W tym celu w obwodzie można zainstalować rezystory izolacyjne, ale rozwiązanie z instalacją jednostki pomocniczej na KT315, rezystorze i diodzie 1n4148 okazało się znacznie bardziej skuteczne w tym konkretnym obwodzie.

Funkcją tego urządzenia jest szybkie aktywowanie podstawy górnych tranzystorów kaskady niskoprądowej przy przykładaniu wyższego napięcia do podstawy tego urządzenia, i równie szybko przez diodę, aby pociągnąć podstawy do minus, gdy sygnał niskiego poziomu pojawi się na podstawie urządzenia.

Aby móc sterować tym sterownikiem z niskoprądowego źródła sygnału o prądzie wyjściowym rzędu 10 mA, w obwodzie zainstalowano niskoprądowy tranzystor polowy KP501 i szybki transoptor 6n137.

Po przyłożeniu prądu sterującego przez łańcuch 2-3 transoptorów wyjściowy tranzystor bipolarny wewnątrz niego przechodzi w stan przewodzenia, a na zacisku 6 znajduje się otwarty kolektor, do którego podłączony jest rezystor, który ciągnie bramkę niskoprądowego tranzystora polowego KP501 do szyny dodatniej mocy transoptora.

Tak więc, gdy sygnał wysokiego poziomu zostanie dostarczony do wejścia transoptora, sygnał niskiego poziomu będzie na bramce kontrolera polowego KP501 i zostanie zamknięty, zapewniając w ten sposób przepływ prądu przez podstawę górnego zgodnie ze schematem KT315 - kierowca naładuje bramę głównego kontrolera polowego.

Jeśli na wejściu transoptora występuje sygnał niskiego poziomu lub nie ma sygnału, wówczas na wyjściu transoptora pojawi się sygnał wysokiego poziomu, przesłona KP501 zostanie naładowana, jego obwód podstawowy zostanie zamknięty, a podstawa obwodu górnego zgodnie z obwodem KT315 zostanie wyciągnięta do zera.

Stopień wyjściowy sterownika zacznie rozładowywać bramkę klucza, który kontroluje. Należy zauważyć, że w tym przykładzie napięcie zasilania transoptora jest ograniczone do 5 woltów, a główny stopień sterownika jest zasilany napięciem 12 woltów.