RU2006151C1

RU2006151C1 - Control device for static-induction transistor

Info

Publication number: RU2006151C1
Authority: RU
Inventors: Д.В. Игумнов; В.А. Масловский; И.В. Боровая
Original assignee: Московский институт радиотехники, электроники и автоматики
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: electronic engineering. SUBSTANCE: source and drain of static-induction transistor 1 are coupled with minus and plus supply terminals, respectively; primary winding of transformer 2 functions to connect control pulses to power source, first lead of secondary winding is connected to anode of first diode 7 whose cathode is connected to emitter of p-n-p transistor 3 whose base is connected to first lead of first resistor 4 and its collector is connected to anode of second diode 8 whose cathode is used to connect to static-induction transistor gate, second lead of transformer secondary winding being used for connection to its source; second lead of transformer secondary winding is connected to second lead of first resistor; sources and substrates of first and second induced n-channel MIS transistor are connected to second lead of first resistor and anode of photodiode 10 of first optic coupler whose cathode is connected to anode of second optic coupler photodiode 12, optic coupler cathode being connected to second diode cathode; first diode cathode is connected to gate of first MIS transistor 13 whose drain is connected to first lead of second resistor and to gate of second MIS transistor 14 whose drain is connected to second lead of third resistor 6, whose second lead is connected to cathode of light-emitting diode 11 of first optic coupler whose anode is connected to cathode of light-emitting diode 9 of second optic coupler whose anode is connected to second lead of second resistor 5 used for connection to drain of static-induction transistor. EFFECT: improved reliability of control. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании высокочастотных преобразователей напряжения для вторичных источников электропитания. The invention relates to electrical engineering and can be used to create high-frequency voltage converters for secondary power supplies.

Известны устройства управления транзистором со статической индукцией. В одном варианте используется один входной трансформатор, а в другом варианте - два трансформатора, к первичным обмоткам которых подключаются источники управляющих импульсов. В цепях вторичных обмоток трансформаторов включены диодно-транзисторные ячейки, обеспечивающие необходимые режимы работы транзистора со статической индукцией (СИТ) [1] . Known device control transistor with static induction. In one embodiment, one input transformer is used, and in another embodiment, two transformers are used, to the primary windings of which the sources of control pulses are connected. In the circuits of the secondary windings of the transformers, diode-transistor cells are included that provide the necessary modes of operation of the transistor with static induction (SIT) [1].

Недостатком таких устройств является их низкая надежность, что обусловлено возможностями протекания больших постоянных токов в СИТ при отсутствии сигналов управления. The disadvantage of such devices is their low reliability, which is due to the possibility of flowing large constant currents in the SIT in the absence of control signals.

Наиболее близким техническим решением является устройство управления СИТом, содержащее СИТ, два трансформатора, первичная обмотка первого из которых предназначена для подключения к источнику управляющих импульсов, p-n-p-транзистор, n-p-n-транзистор, четыре резистора, шесть диодов, конденсатор и полевой транзистор, сток которого подключен к первому выводу первичной обмотки второго трансформатора, второй вывод которой подключен к стоку СИТ и плюсовой клемме питающего напряжения, минусовая клемма которого подключена к первым выводам всех четырех резисторов, первым выводам вторичных обмоток трансформаторов, истоку СИТ и первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого подключена к второму выводу четвертого резистора, аноду пятого диода и затвору полевого транзистора, исток которого подключен к второму выводу третьего резистора, второй вывод первого резистора подключен к базе n-p-n-транзистора, коллектор которого подключен к катоду четвертого диода, анод которого подключен к затвору СИТ и катоду третьего диода, анод которого подключен к коллектору p-n-p-транзистора, база которого подключена к второму выводу второго резистора, а эмиттер - к катоду первого диода, анод которого подключен к второму выводу вторичной обмотки первого трансформатора, катоду пятого диода и катоду второго диода, анод которого подключен к эмиттеру n-p-n-транзистора и аноду шестого диода, катод которого подключен к второму выводу вторичной обмотки второго трансформатора. С помощью второго трансформатора в таком устройстве обеспечивается подача на затвор СИТ запирающего (отрицательного) напряжения в течение небольшого промежутка времени (до нескольких секунд), если подано напряжение между стоком и истоком СИТ, но отсутствуют сигналы управления. Такое аварийное запирание СИТ предотвращает протекание в нем больших токов, но только в течение относительно небольшого промежутка времени. Если же по истечении этого промежутка времени не начинают поступать управляющие импульсы, то в СИТ протекает большой постоянный ток, в результате чего СИТ может выйти из строя. The closest technical solution is an SIT control device containing SIT, two transformers, the first winding of the first of which is designed to connect to a source of control pulses, a pnp transistor, npn transistor, four resistors, six diodes, a capacitor and a field effect transistor, the drain of which is connected to the first terminal of the primary winding of the second transformer, the second terminal of which is connected to the drain of the SIT and the positive terminal of the supply voltage, the negative terminal of which is connected to the first terminals of all there are three resistors, the first terminals of the secondary windings of the transformers, the source of the SIT and the first plate of the capacitor, the second plate of which is connected to the second terminal of the fourth resistor, the anode of the fifth diode and the gate of the field effect transistor, the source of which is connected to the second terminal of the third resistor, the second terminal of the first resistor is connected to the base npn transistor, the collector of which is connected to the cathode of the fourth diode, the anode of which is connected to the gate of the SIT and the cathode of the third diode, the anode of which is connected to the collector of the pnp transistor which is connected to the second terminal of the second resistor, and the emitter to the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the second terminal of the secondary winding of the first transformer, the cathode of the fifth diode and the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the emitter of the npn transistor and the anode of the sixth diode, the cathode of which connected to the second terminal of the secondary winding of the second transformer. Using a second transformer in such a device, a locking (negative) voltage is supplied to the SIT gate for a short period of time (up to several seconds), if a voltage is applied between the drain and the source of the SIT, but there are no control signals. Such emergency locking of the SIT prevents the flow of large currents in it, but only for a relatively short period of time. If, after this period of time, control pulses do not begin to arrive, then a large direct current flows into the SIT, as a result of which the SIT can fail.

Основным недостатком прототипа следует считать его относительно невысокую надежность. The main disadvantage of the prototype should be considered its relatively low reliability.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства. The purpose of the invention is to increase the reliability of the device.

При этом достигается требуемый технический результат путем введения в устройство двух оптронов и двух МДП-транзисторов и устранения при этом возможностей протекания больших постоянных токов в СИТ в течение всего времени наличия рабочего постоянного напряжения в устройстве управления транзистором со статической индукцией, содержащем транзистор со статической индукцией, трансформатор, первичная обмотка которого предназначена для подключения к источнику управляющих импульсов, p-n-p-транзистор, три резистора и два диода, первый из которых своим анодом подключен к первому выводу вторичной обмотки трансформатора, а катодом - к эмиттеру p-n-p-транзистора, база которого подключена к первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу вторичной обмотки трансформатора, истоку транзистора со статической индукцией и минусовой клемме питающего напряжения, плюсовая клемма которого подключена к стоку транзистора со статической индукцией, затвор которого подключен к катоду второго диода, анод которого подключен к коллектору p-n-p-транзистора за счет введения двух оптронов, каждый из которых состоит из светодиода и фотодиода, и двух МДП-транзисторов с индуцированным n-каналом, истоки и подложки которых подключены к истоку транзистора со статической индукцией и аноду фотодиода второго оптрона, катод которого подключен к аноду фотодиода первого оптрона, катод которого подключен к затвору транзистора со статической индукцией, сток которого подключен к аноду светодиода первого оптрона и первому выводу второго резистора, второй вывод которого подключен к стоку первого МДП-транзистора и затвору второго МДП-транзистора, сток которого подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к катоду светодиода второго оптрона, анод которого подключен к катоду светодиода первого оптрона, а затвор первого МДП-транзистора подключен к эмиттеру p-n-p-транзистора. In this case, the required technical result is achieved by introducing two optocouplers and two MIS transistors into the device and eliminating the possibility of large constant currents flowing in the SIT during the entire time the working DC voltage is present in the control device of the transistor with static induction, containing a transistor with static induction, a transformer whose primary winding is designed to be connected to a source of control pulses, a pnp transistor, three resistors and two diodes, the first of which x with its anode connected to the first terminal of the transformer secondary winding, and the cathode to the emitter of the pnp transistor, the base of which is connected to the first terminal of the first resistor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the transformer secondary, the source of the transistor with static induction and the negative terminal of the supply voltage whose positive terminal is connected to the drain of the transistor with static induction, the gate of which is connected to the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the collector of the pnp transistor due to two optocouplers, each of which consists of an LED and a photodiode, and two MIS transistors with an induced n-channel, the sources and substrates of which are connected to the source of the transistor with static induction and the anode of the photodiode of the second optocoupler, the cathode of which is connected to the anode of the photodiode of the first optocoupler, the cathode of which is connected to the gate of the transistor with static induction, the drain of which is connected to the anode of the LED of the first optocoupler and the first output of the second resistor, the second terminal of which is connected to the drain of the first MOS transistor and the thief of the second MOS transistor, the drain of which is connected to the first output of the third resistor, the second output of which is connected to the cathode of the LED of the second optocoupler, the anode of which is connected to the cathode of the LED of the first optocoupler, and the gate of the first MIS transistor is connected to the emitter of the p-n-p transistor.

При подаче напряжения на клеммы питающего напряжения, т. е. на СИТ, и отсутствии сигналов управления нормально открытый СИТ запирается отрицательным напряжением, поступающим на его затвор с последовательно включенных фотодиодов, работающих в фотогальваническом (вентильном) режиме. Это (вентильное) напряжение поддерживает запертое состояние СТИ в течение всего времени (любой протяженности) отсутствия сигналов управления, чем устраняется возможность протекания больших постоянных токов в СИТ, в результате чего и повышается надежность работы устройства. When voltage is applied to the terminals of the supply voltage, i.e., to the SIT, and in the absence of control signals, the normally open SIT is blocked by the negative voltage supplied to its gate from the series-connected photodiodes operating in the photovoltaic (gate) mode. This (gate) voltage maintains the locked state of the STI throughout the entire time (of any length) of the absence of control signals, which eliminates the possibility of large constant currents flowing in the SIT, which increases the reliability of the device.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит СИТ 1, трансформатор 2, p-n-p-транзистор 3, три резистора 4-6, два диода 7 и 8, два оптрона, первый из которых состоит из светодиода 9 и фотодиода 10, а второй - из светодиода 11 и фотодиода 12, и два МДП-транзистора 13 и 14 с индуцированным n-каналом. Трансформатор 2 имеет две обмотки: первичную и вторичную. Первичная обмотка подключена к источнику входных (управляющих) импульсов. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора 2 подключен к аноду диода 7, катод которого подключен к эмиттеру транзистора 3 и затвору МДП-транзистора 13. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора 2 подключен к истоку СИТ 1, второму выводу резистора 4, аноду фотодиода 12, истокам и подложкам МДП-транзисторов 13 и 14, минусовой клемме питающего напряжения. Плюсовая клемма питающего напряжения подключена к стоку СИТ 1, аноду светодиода 9 и первому выводу резистора 5, второй вывод которого подключен к стоку МДП-транзистора 13 и затвору МДП-транзистора 14. Первый вывод резистора 4 подключен к базе транзистора 3, коллектор которого подключен к аноду диода 8, катод которого подключен к затвору СИТ 1 и катоду фотодиода 10, анод которого подключен к катоду фотодиода 12. Сток МДП-транзистора 14 подключен к первому выводу резистора 6, второй вывод которого подключен к катоду светодиода 11, анод которого подключен к катоду светодиода 9. Резистор 4 обеспечивает необходимый режим работы транзистора 3, резистор 5 с МДП-транзистором 13 обеспечивают режимы работы МДП-транзистора 14, а резистор 6 является токоограничительным элементом. The drawing shows a schematic diagram of the proposed device. The device contains SIT 1, transformer 2, pnp transistor 3, three resistors 4-6, two diodes 7 and 8, two optocouplers, the first of which consists of LED 9 and photodiode 10, and the second of LED 11 and photodiode 12, and two MOS transistors 13 and 14 with an induced n-channel. Transformer 2 has two windings: primary and secondary. The primary winding is connected to a source of input (control) pulses. The first terminal of the secondary winding of the transformer 2 is connected to the anode of the diode 7, the cathode of which is connected to the emitter of the transistor 3 and the gate of the MOS transistor 13. The second terminal of the secondary winding of the transformer 2 is connected to the source of the SIT 1, the second terminal of the resistor 4, the anode of the photodiode 12, the sources and substrates MOS transistors 13 and 14, the negative terminal of the supply voltage. The positive terminal of the supply voltage is connected to the drain of the CIT 1, the anode of the LED 9 and the first output of the resistor 5, the second output of which is connected to the drain of the MOS transistor 13 and the gate of the MOS transistor 14. The first output of the resistor 4 is connected to the base of the transistor 3, the collector of which is connected to the anode of the diode 8, the cathode of which is connected to the gate of the CIT 1 and the cathode of the photodiode 10, the anode of which is connected to the cathode of the photodiode 12. The drain of the MOS transistor 14 is connected to the first output of the resistor 6, the second output of which is connected to the cathode of the LED 11, the anode of which is connected n to the cathode of the LED 9. The resistor 4 provides the necessary mode of operation of the transistor 3, the resistor 5 with the MOS transistor 13 provides the operating modes of the MOS transistor 14, and the resistor 6 is a current-limiting element.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

При поступлении положительного импульса на первичную обмотку трансформатора 2 его работа аналогична прототипу и аналогам. В этом режиме на первом выводе вторичной обмотки появляется положительное, а на втором выводе - отрицательное напряжение. Через диоды 7 и 8, а также транзистор 3 это положительное напряжение поступает на затвор СИТ 1, чем и обеспечивается его форсированно открытое состояние. Upon receipt of a positive pulse on the primary winding of the transformer 2, its operation is similar to the prototype and analogues. In this mode, a positive voltage appears on the first output of the secondary winding, and a negative voltage appears on the second output. Through diodes 7 and 8, as well as transistor 3, this positive voltage is supplied to the gate of SIT 1, which ensures its forced open state.

Основная особенность предлагаемого устройства состоит в обеспечении сколь угодно длительного запирания СИТ 1 в случае, когда к клеммам между истоком и стоком СИТ 1 приложено напряжение, а на вход устройства (на первичную обмотку трансформатора 2) не поступают еще сигналы управления. Такие случаи могут наблюдаться в начальный период времени при включении всей системы, в которую входит предлагаемое устройство, а также при выходе из строя источника управляющих импульсов и других аварийных ситуациях. The main feature of the proposed device is to provide an arbitrarily long locking of the CIT 1 in the case when voltage is applied to the terminals between the source and drain of the CIT 1, and control signals are still not supplied to the input of the device (to the primary winding of transformer 2). Such cases can be observed in the initial period of time when you turn on the entire system, which includes the proposed device, as well as in case of failure of the source of control pulses and other emergency situations.

В предлагаемом устройстве появление питающего напряжения между истоком и стоком СИТ 1 приводит к появлению положительного напряжения на стоке закрытого МДП-транзистора 13, а следовательно, на затворе МДП-транзистора 14. В результате МДП-транзистор 14 открыт и через светодиоды 9 и 11 течет ток, вызывая в них генерацию квантов света. Эти кванты света порождают в фотодиодах 10 и 12 фото-ЭДС с напряжением на каждом (кремниевом) фотодиоде примерно равным 0,7 В. Суммарное напряжение фотодиодов 10 и 12 ( ≈1,4 В) знаком "минус" оказывается приложенным к затвору СИТ 1, обеспечивая его запертое состояние. При необходимости получить большую величину запирающего напряжения следует увеличить число оптронов (при последовательном включении фотодиодов). Таким образом, СИТ 1 заперт сколь угодно долгое время (пока не появляется сигналы управления), т. е. в нем не протекает большой постоянный ток, чем и обеспечивается повышение надежности предлагаемого устройства. In the proposed device, the appearance of the supply voltage between the source and drain of the CIT 1 leads to the appearance of a positive voltage at the drain of the closed MOS transistor 13, and therefore, at the gate of the MOS transistor 14. As a result, the MOS transistor 14 is open and current flows through the LEDs 9 and 11 , causing them to generate light quanta. These light quanta are generated in photodiodes 10 and 12 of photo-emf with a voltage on each (silicon) photodiode of approximately 0.7 V. The total voltage of photodiodes 10 and 12 (≈1.4 V) with a minus sign is applied to the gate of CIT 1 providing his locked state. If it is necessary to obtain a large value of the blocking voltage, the number of optocouplers should be increased (when photodiodes are connected in series). Thus, CIT 1 is locked for an arbitrarily long time (until control signals appear), that is, a large direct current does not flow in it, which ensures an increase in the reliability of the proposed device.

Существенным преимуществом предлагаемого устройства является использование только положительных импульсов управления, что может упростить источник управляющих импульсов. При поступлении положительного управляющего импульса на затвор МДП-транзистора 13 он открывается, напряжение на его стоке уменьшается, что вызывает закрывание MДП-транзистора 14 и обесточивание светодиодов 9 и 11. В результате устраняется отрицательное (вентильное) напряжение на затворе СИТ 1 (образуемое на освещенных фотодиодах 10 и 12). Итак, СИТ 1 всегда находится в закрытом состоянии, за исключением случая поступления на вход предлагаемого устройства положительного импульса управления. A significant advantage of the proposed device is the use of only positive control pulses, which can simplify the source of control pulses. When a positive control pulse arrives at the gate of the MOS transistor 13, it opens, the voltage at its drain decreases, which causes the MOS transistor 14 to close and the LEDs 9 and 11 to be de-energized. As a result, the negative (gate) voltage at the gate of CIT 1 is eliminated (formed on the illuminated photodiodes 10 and 12). So, CIT 1 is always in a closed state, with the exception of the case when a positive control pulse arrives at the input of the proposed device.

Экспериментальная проверка работы устройства управления транзистором со статической индукцией была проведена на СИТах КП801 и 2П926. По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве наблюдалось сколь угодно длительное запирание СИТ при отсутствии сигналов управления; оно обладает устойчивой работоспособностью при использовании управляющих импульсов лишь одной положительной полярности. (56) Мощные полевые транзисторы в устройствах вторичного электропитания. Киев: Знание, 1989, с. 16, рис. 9а, б. An experimental check of the operation of the control device of the transistor with static induction was carried out on SIT KP801 and 2P926. Compared with the prototype in the proposed device was observed arbitrarily long locking the SIT in the absence of control signals; it has stable performance when using control pulses of only one positive polarity. (56) Powerful field effect transistors in secondary power supply devices. Kiev: Knowledge, 1989, p. 16, fig. 9a, b.

Авторское свидетельство СССР N 1690119, кл. H 02 M 1/08, 1991. USSR author's certificate N 1690119, cl. H 02 M 1/08, 1991.

Claims

DEVICE FOR CONTROLLING A TRANSISTOR WITH STATIC INDUCTION, the source and drain of which are connected to the negative and positive terminals of the supply voltage, respectively, containing a transformer, the primary winding of which is designed to connect to a source of control pulses, and the first output of the secondary winding is connected to the anode of the first diode, the cathode of which is connected with an emitter of a p - n - p transistor, the base of which is connected to the first output of the first resistor, and the collector is connected to the anode of the second diode, the cathode of which is designed to I connect to the gate of a transistor with static induction, for connecting to the source of which a second terminal of the secondary winding of the transformer is connected, connected to the second terminal of the first resistor, the second and third resistors, characterized in that the first and second optocouplers and the first and second MIS are introduced into it transistors and an induced n-channel, the sources and substrates of which are connected to the second terminal of the first resistor and the anode of the photodiode of the first optocoupler, the cathode of which is connected to the anode of the photodiode of the second optocoupler, the cathode of which is connected is connected to the cathode of the second diode, the cathode of the first diode connected to the gate of the first MOS transistor, the drain of which is connected to the first terminal of the second resistor and the gate of the second MOS transistor, the drain of which is connected to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the cathode of the LED of the first optocoupler, the anode of which is connected to the cathode of the LED of the second optocoupler, the anode of which is connected to the second output of the second resistor, designed to connect to the drain of the transistor with static induction.