RU2262187C1

RU2262187C1 - Force key built on mis-transistor

Info

Publication number: RU2262187C1
Application number: RU2004111583/09A
Authority: RU
Inventors: П.В. Михеев (RU); П.В. Михеев; М.И. Соколов (RU); М.И. Соколов; Е.И. Крутских (RU); Е.И. Крутских; В.Н. Руденко (RU); В.Н. Руденко
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-10

Abstract

FIELD: pulse equipment, non-contact commutation devices.

SUBSTANCE: device uses MIS-transistor 10, including transistors 1,2 between bases of which resistor 9 is connected, and base-emitter transfers are linked by diodes 3,4 in locking direction, collector 2 is connected to gate of MIS-transistor 10, emitters 1,2 are connected, and collector 1 is connected to start of primary winding 7 of transformer 5, end of which is directly connected to source of MIS-transistor 10. also, transistor 5 additionally includes secondary winding 8 with decreasing transformation coefficient relatively to secondary winding 7, connected serially to resistor 9 and bases of transistors 1,2.

EFFECT: higher efficiency, higher resistance to interference.

1 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в различных бесконтактных коммутационных устройствах.The invention relates to a pulse technique and can be applied in various contactless switching devices.

Известен силовой ключ, содержащий разделительный трансформатор, два взаимодополняющих биполярных транзистора, конденсаторы, резисторы и диоды (Высокочастотные конверторы на мощных МДП-транзисторах /Б.В.Кабелев - ЭТвА, 1984, вып.15, с.27, рис.5).A power switch is known that contains an isolation transformer, two complementary bipolar transistors, capacitors, resistors and diodes (High-frequency converters on high-power MOS transistors / B.V. Kabelev - ETvA, 1984, issue 15, p. 27, Fig. 5).

Однако этот ключ не позволяет коммутировать длительные импульсы.However, this switch does not allow switching long pulses.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является силовой ключ на МДП-транзисторе, содержащий трансформатор, диоды, транзисторы одинаковой проводимости, между базами которых включен резистор, эмиттеры подключены ко вторичной обмотке трансформатора, а коллекторы - к переходу затвор-исток МДП-транзистора, а базо-эмиттерные переходы транзисторов зашунтированы диодами в запирающем направлении (патент РФ №2223596, Н 03 К 17/567, Н 02 М 7/537), который выбран в качестве прототипа.Closest to the proposed technical essence is the power switch on the MOS transistor, containing a transformer, diodes, transistors of the same conductivity, between the bases of which a resistor is connected, emitters are connected to the secondary winding of the transformer, and the collectors are connected to the gate-source junction of the MOS transistor, and the base-emitter junctions of the transistors are shunted by the diodes in the locking direction (RF patent No. 2223596, Н 03 К 17/567, Н 02 М 7/537), which is selected as a prototype.

Недостатками прототипа являются недостаточно высокий КПД по цепи управления и помехоустойчивость.The disadvantages of the prototype are not high enough efficiency in the control circuit and noise immunity.

Целью изобретения является повышение КПД и помехоустойчивости.The aim of the invention is to increase efficiency and noise immunity.

Поставленная цель достигается тем, что эмиттеры транзисторов соединены непосредственно, а коллектор другого транзистора подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора, кроме того, в трансформатор введена дополнительная вторичная обмотка с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки, подключенная последовательно с резистором к базам транзисторов, причем начало дополнительной вторичной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора.This goal is achieved by the fact that the emitters of the transistors are connected directly, and the collector of the other transistor is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer, the end of which is directly connected to the source of the MOS transistor, in addition, an additional secondary winding with a reduction ratio relative to the secondary winding is connected to the transformer, connected in series with the resistor to the bases of the transistors, and the beginning of the additional secondary winding is connected to the base of that transistor, torr which is connected to the top of the transformer secondary winding.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема силового ключа на МДП-транзисторе.The drawing shows a circuit diagram of a power switch on an MOS transistor.

Силовой ключ на МДП-транзисторе содержит транзисторы 1 и 2 одинаковой проводимости, эмиттеры которых соединены непосредственно, а базо-эмиттерные переходы зашунтированы диодами 3 и 4, включенными в запирающем направлении, трансформатор 5 с первичной обмоткой 6 и вторичной обмоткой 7, трансформатор 5 выполнен с дополнительной вторичной обмоткой 8 с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки 7, дополнительная вторичная обмотка 8 подключена последовательно с резистором 9 к базам транзисторов 1 и 2, причем начало дополнительной вторичной обмотки 8 подключено к базе транзистора 1, а конец через резистор 9, к базе транзистора 2, начало вторичной обмотки 7 подключено к коллектору транзистора 1, а конец - непосредственно к истоку МДП-транзистора 10, затвор которого подключен к коллектору транзистора 2.The power switch on the MOS transistor contains transistors 1 and 2 of the same conductivity, the emitters of which are connected directly, and the base-emitter junctions are shunted by diodes 3 and 4, turned on in the blocking direction, transformer 5 with primary winding 6 and secondary winding 7, transformer 5 is made with additional secondary winding 8 with a decreasing transformation coefficient relative to the secondary winding 7, the additional secondary winding 8 is connected in series with a resistor 9 to the bases of transistors 1 and 2, and the beginning of additional tional secondary winding 8 is connected to the base of transistor 1, and the end through a resistor 9, to the base of transistor 2, the beginning of the secondary winding 7 is connected to the collector of the transistor 1, and the end - directly to the source of MOS transistor 10 whose gate is connected to the collector of transistor 2.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 6 трансформатора 5 коротких положительных импульсов с большой скважностью на вторичной обмотке 7 трансформатора 5 и дополнительной вторичной обмотке 8 трансформатора 5 также появляются короткие положительные импульсы с большой скважностью, небольшое отрицательное напряжение, присутствующее между короткими положительными импульсами, мало и им можно пренебречь.When applying to the input of the device on the primary winding 6 of transformer 5 short positive pulses with high duty cycle on the secondary winding 7 of transformer 5 and the secondary secondary winding 8 of transformer 5, short positive pulses with high duty cycle also appear, a small negative voltage present between short positive pulses is small and it can be neglected.

Положительный потенциал с начала вторичной обмотки 7 и с начала дополнительной вторичной обмотки 8 поступает соответственно на коллектор транзистора 1 и в цепь его базы по цепи - база транзистора 1, дополнительная вторичная обмотка 8, резистор 9, диод 4, эмиттер транзистора 1. Транзистор 1 открывается и положительный потенциал с начала вторичной обмотки 7 через транзистор 1, диод 4 и прямо смещенный переход база-коллектор транзистора 2 поступает на затвор МДП-транзистора 10, отрицательный же потенциал с конца вторичной обмотки 7 непосредственно поступает на исток МДП-транзистора 10, происходит быстрый заряд емкости затвор-исток МДП-транзистора 10 и он открывается.The positive potential from the beginning of the secondary winding 7 and from the beginning of the additional secondary winding 8 is supplied respectively to the collector of transistor 1 and to the circuit of its base through the circuit - the base of transistor 1, additional secondary winding 8, resistor 9, diode 4, emitter of transistor 1. Transistor 1 opens and the positive potential from the beginning of the secondary winding 7 through the transistor 1, the diode 4 and the directly biased junction of the base-collector of the transistor 2 enters the gate of the MOS transistor 10, the negative potential from the end of the secondary winding 7 directly p steps on the source of MOS transistor 10, a rapid charge of MOS transistor gate-source capacitance 10 and it opens.

В паузе между короткими положительными импульсами на дополнительной вторичной обмотке 8 присутствует небольшое отрицательное напряжение, но его величины недостаточно для открывания транзистора 2 по цепи - база транзистора 2, резистор 9, конец дополнительной вторичной обмотки 8, начало дополнительной обмотки 8, диод 3, эмиттер транзистора 2 и транзистор 2 будет закрыт, емкость затвор-исток МДП-транзистора 10 остается заряженной положительным напряжением и, следовательно, он остается открытым.In the pause between short positive pulses on the secondary secondary winding 8 there is a small negative voltage, but its value is not enough to open the transistor 2 in the circuit - the base of transistor 2, resistor 9, the end of the secondary secondary winding 8, the beginning of the secondary winding 8, diode 3, emitter of the transistor 2 and the transistor 2 will be closed, the gate-source capacitance of the MOS transistor 10 remains charged with a positive voltage and, therefore, it remains open.

При подаче на вход устройства на первичную обмотку 6 трансформатора 5 коротких отрицательных импульсов с большой скважностью происходят аналогичные процессы, т.к. схема передачи потенциала от начала вторичной обмотки 7 трансформатора 5 к затвору МДП-транзистора 10 симметричная, при этом емкость затвор-исток МДП-транзистора 10 перезаряжается - на затвор относительно истока поступает отрицательное напряжение и МДП-транзистор 10 закрывается.When applying to the input of the device on the primary winding 6 of the transformer 5 short negative pulses with a high duty cycle, similar processes occur, because the potential transfer circuit from the beginning of the secondary winding 7 of the transformer 5 to the gate of the MOS transistor 10 is symmetrical, while the gate-source capacitance of the MOS transistor 10 is recharged - a negative voltage is applied to the gate relative to the source and the MOS transistor 10 is closed.

В предлагаемом устройстве КПД по цепи управления больше за счет того, что базовые цепи транзисторов запитаны от дополнительной вторичной обмотки 8 с понижающим коэффициентом трансформации относительно вторичной обмотки 7 и поэтому потребляют меньшую мощность от схемы управления. Помехоустойчивость предложенного устройства выше за счет того, что конец вторичной обмотки 7 трансформатора 5 подключен непосредственно к истоку МДП-транзистора 10, который, как правило, в исполнительной цепи заземляется или соединяется с общей шиной, и токи помех, воздействующие на вторичную обмотку 7 трансформатора 5, стекают в заземление или на общую шину.In the proposed device, the efficiency in the control circuit is greater due to the fact that the base circuits of the transistors are powered from an additional secondary winding 8 with a decreasing transformation coefficient relative to the secondary winding 7 and therefore consume less power from the control circuit. The noise immunity of the proposed device is higher due to the fact that the end of the secondary winding 7 of the transformer 5 is connected directly to the source of the MOS transistor 10, which, as a rule, is grounded or connected to the common bus in the executive circuit, and interference currents acting on the secondary winding 7 of the transformer 5 flow down to ground or to a common bus.

Опытный образец устройства был собран на транзисторной матрице 1НТ251, диодах 2Д522Б, трансформаторе ТИМ 152, МДП-транзисторе 2П762А, резисторе 330 Ом.A prototype device was assembled on a 1NT251 transistor matrix, 2D522B diodes, TIM 152 transformer, 2P762A MOS transistor, 330 Ohm resistor.

При управлении импульсами с амплитудой 5В, τ=2 мкс, Q=40 ключ коммутировал ток 20 А с длительностью фронтов 35 нс, при этом ток потребления схемы, формирующей управляющие импульсы, составлял 0,8 мА при U_пит=5 В.When controlling pulses with an amplitude of 5 V, τ = 2 μs, Q = 40, the key switched a current of 20 A with a duration of edges of 35 ns, while the current consumption of the circuit forming the control pulses was 0.8 mA at U _pit = 5 V.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.Of the patent information materials known to the applicant, no signs were found that are similar to the totality of the features of the claimed object.

Claims

A power switch on an MOS transistor containing transistors of the same conductivity, between which the resistor is connected, and the base-emitter junctions are shunted by the diodes in the locking direction, the collector of one of the transistors is connected to the gate of the MOS transistor, a transformer characterized in that the emitters of the transistors are connected directly and the collector of the other transistor is connected to the beginning of the secondary winding of the transformer, the end of which is directly connected to the source of the MOS transistor, in addition, it is introduced into the transformer additional secondary winding with a decreasing ratio of transformation relative to the secondary winding connected in series with a resistor to the bases of the transistors, wherein the start of additional secondary winding is connected to the base of a transistor whose collector is connected to the top of the transformer secondary winding.