RU2713559C9

RU2713559C9 - Method for fast switching on of power transistor with isolated gate and device with use thereof

Info

Publication number: RU2713559C9
Application number: RU2018117187A
Authority: RU
Inventors: Евгений Леонидович Пущин
Original assignee: Евгений Леонидович Пущин
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2021-02-04
Also published as: RU2018117187A3; RU2713559C2; RU2018117187A

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention can be used for fast switching on of power transistor. Substance of invention consists in that method of fast switching-on of power transistor with insulated gate includes grounding of gate and supply to source or emitter of opening pulse of current of nanosecond duration.EFFECT: technical result is enabling improvement of mass and dimensions parameters of pulse power sources and reduction of energy losses.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к импульсной технике и может быть использовано в приборостроении и силовой электронике.The invention relates to electrical engineering, namely to pulse technology and can be used in instrument making and power electronics.

С середины 70-х годов, когда появились полевые транзисторы (МОП, MOSFET), пригодные для силовых устройств, одной из основных проблем управления ими является наличие существенной емкости Cgd между стоком и затвором. В ключевом режиме, в частности, эта емкость образует отрицательную обратную связь (ООС) между входом и выходом МОП транзистора. Это явление известно как эффект Миллера и оно является препятствием к достижению основной цели ключевого режима - переключения между состояниями с наибольшим и наименьшим сопротивлением за минимально короткое время. Здесь под «входом» подразумевается затвор МОП, поскольку управление по затвору в схеме с общим истоком - это единственный используемый способ управления приборами этого вида, а также и биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT). Этот способ управления и определяет то, что, несмотря на несомненные успехи в технологии микроэлектроники и схемотехнические решения по борьбе с эффектом Миллера, известная «ступенька» при заряде-разряде затвора присутствует во всех паспортах на транзисторы с изолированным затвором в качестве имманентного свойства и остается препятствием для получения коротких фронтов в силовой электронике. Основные потери на переключение в силовых транзисторах с изолированным затвором можно грубо представить в виде интеграла по времени от произведения напряжения сток-исток на ток стока. Поэтому рассеиваемая в приборе мощность прямо зависит от длительности фронта, причем большая часть потерь на тепло происходит во время прохождения «ступеньки или плато Миллера». От длительности переключения зависит также частота переключений, а, следовательно, индуктивность накопителей энергии в импульсных источниках питания и в конечном счете их массогабаритные показатели.Since the mid-70s, when field-effect transistors (MOSFETs), suitable for power devices, appeared, one of the main problems in controlling them is the presence of a significant capacitance Cgd between the drain and the gate. In the key mode, in particular, this capacitance forms negative feedback (NF) between the input and output of the MOS transistor. This phenomenon is known as the Miller effect and it is an obstacle to the achievement of the main goal of the key mode - switching between states with the highest and lowest resistance in the shortest possible time. Here, "input" refers to the MOS gate because common-source gate control is the only way to drive this kind of device, as well as insulated gate bipolar transistors (IGBTs). This control method determines the fact that, despite the undoubted advances in microelectronic technology and circuit solutions to combat the Miller effect, the well-known "step" in the gate charge-discharge is present in all passports for insulated gate transistors as an inherent property and remains an obstacle for short fronts in power electronics. The main switching losses in insulated gate power transistors can be roughly represented as an integral over time of the product of the drain-source voltage and the drain current. Therefore, the power dissipated in the device directly depends on the rise time, and most of the heat losses occur during the passage of the Miller step or plateau. The switching frequency also depends on the switching duration, and, consequently, the inductance of energy storage units in switching power supplies and, ultimately, their weight and dimensions.

Одна из классических схем, в которых используется упомянутый выше способ управления силовым транзистором с изолированным затвором (ТИЗ) (MOSFET, IGBT), в котором мощный транзистор включают по схеме с общим истоком, и управление осуществляют зарядом или разрядом затвора, подключая к нему специальные драйверы, приведена в известном руководстве: (У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» Т. II, М. 2008, Рис. 16.39.). К этой схеме полностью применима изложенная выше проблема тепловых потерь на переключение ТИЗ. Другими словами, недостатком этого способа являются повышенные энергетические потери. Так как токи драйверов затвора ограничены по многим причинам, фронты при переключениях остаются значительными и, таким образом, существующий способ управления ТИЗ непригоден и для импульсной техники с точки зрения получения мощных прямоугольных импульсов высокого качества.One of the classic circuits, which uses the above-mentioned method of controlling a power insulated gate transistor (TIZ) (MOSFET, IGBT), in which a power transistor is switched on according to a common source circuit, and the charge or discharge of the gate is controlled by connecting special drivers to it , given in the well-known manual: (U. Titze, K. Schenck "Semiconductor circuitry" T. II, M. 2008, Fig. 16.39.). The above-stated problem of heat losses for TIZ switching is fully applicable to this scheme. In other words, the disadvantage of this method is the increased energy losses. Since the currents of the gate drivers are limited for many reasons, the switching edges remain significant and, therefore, the existing method for controlling the TIZ is unsuitable for pulsed technology from the point of view of obtaining powerful rectangular pulses of high quality.

Известен формирователь импульсов с запуском мощного СВЧ МДП-транзистора от лавинного (В.П. Дьяконов Лавинные транзисторы и тиристоры. Теория и применение. Серия «Компоненты и технологии». - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2012, с 297, Рис. 5.63а). СВЧ МДП-транзистор включен по схеме с общим истоком, и затвор соединен с нагрузочным выводом накопительного конденсатора лавинного генератора. Переход затвор-исток МДП-транзистора зашунтирован резистором утечки зарядного тока накопительного конденсатора.Known pulse shaper with the launch of a powerful microwave MIS transistor from an avalanche (VP Dyakonov Avalanche transistors and thyristors. Theory and application. Series "Components and technologies". - M .: SOLON-PRESS, 2012, p. 297, Fig. 5.63 and). The microwave MIS transistor is connected according to a common source circuit, and the gate is connected to the load terminal of the storage capacitor of the avalanche generator. The gate-source transition of the MIS transistor is shunted by the charging current leakage resistor of the storage capacitor.

Недостатками этого устройства являются малая мощность импульса, обусловленная допустимым напряжением стока, и дороговизна применяемых СВЧ МДП-транзисторов.The disadvantages of this device are the low pulse power due to the permissible drain voltage, and the high cost of the used microwave MIS transistors.

Известен генератор прямоугольных импульсов с раздельным формированием фронта и среза (В.П. Дьяконов Лавинные транзисторы и тиристоры. Теория и применение. Серия «Компоненты и технологии». - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2012, с 278, Рис. 5.356). Фронт импульса на нагрузке и заряд емкости нагрузки обеспечивает первый лавинный транзистор, затем включение второго лавинного транзистора прерывает связь с первым транзистором и одновременно разряжает емкость нагрузки.Known generator of rectangular pulses with separate formation of the front and the cut (VP Dyakonov Avalanche transistors and thyristors. Theory and application. Series "Components and technologies". - M .: SOLON-PRESS, 2012, p. 278, Fig. 5.356). The front of the pulse on the load and the charge of the load capacitance is provided by the first avalanche transistor, then turning on the second avalanche transistor interrupts the connection with the first transistor and simultaneously discharges the load capacitance.

Недостатком этого устройства является невозможность расширения импульса вследствие саморазряда емкости нагрузки и малая мощность импульса.The disadvantage of this device is the impossibility of pulse expansion due to self-discharge of the load capacitance and low pulse power.

Известны силовые ключи импульсного преобразователя питания (У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» Т. II, М. 2008, Рис. 16.60, 16.61), в которых для управления мощным МОП-транзистором применяются низкоомные драйверы. Недостатком этих ключей являются уже упомянутые энергетические потери, обусловленные эффектом Миллера и длительностью фронтов переключения.Known power switches pulse power converter (U. Titze, K. Schenk "Semiconductor circuitry" T. II, M. 2008, Fig. 16.60, 16.61), in which low-resistance drivers are used to control a powerful MOS transistor. The disadvantage of these switches is the already mentioned energy losses due to the Miller effect and the duration of the switching edges.

Задачей изобретения является уменьшение энергетических потерь и улучшение массогабаритных показателей импульсных источников питания, а также расширение функциональных возможностей генераторов импульсов за счет повышения качества импульсов. Исходя из вышеизложенного, для этого необходимо избавиться от эффекта Миллера путем применения совершенно нового способа управления силовыми ТИЗ.The objective of the invention is to reduce energy losses and improve the weight and dimensions of switching power supplies, as well as expanding the functionality of the pulse generators by improving the quality of the pulses. Based on the foregoing, for this it is necessary to get rid of the Miller effect by using a completely new method of controlling power TIZ.

Техническим результатом изобретения является возможность получения мощных импульсов тока или напряжения регулируемой длительности с короткими фронтами.The technical result of the invention is the ability to obtain powerful pulses of current or voltage of adjustable duration with short edges.

Предлагаемое изобретение направлено на создание способа включения силовых транзисторов с изолированным затвором (ТИЗ), позволяющего создавать схемы силовых ключей и формирователей импульсов повышенной мощности. Эти устройства должны производить импульсы разной длительности с короткими фронтами. Способ должен позволять генерировать прямоугольные импульсы регулируемой в широких пределах длительности и заданной амплитуды.The proposed invention is aimed at creating a method for switching on power insulated gate transistors (TIG), which makes it possible to create circuits of power switches and pulse shapers of increased power. These devices must produce pulses of different durations with short edges. The method should make it possible to generate rectangular pulses of adjustable duration and specified amplitude over a wide range.

Предлагаемое изобретение направлено на создание схем формирователей наносекундных импульсов повышенной мощности разной длительности с короткими фронтами и силовых ключей с быстрым включением.The proposed invention is aimed at creating circuits for shapers of nanosecond pulses of increased power of various durations with short edges and power switches with fast switching on.

Поставленная задача решается и технический результат достигается способом включения силового транзистора с изолированным затвором, в котором затвор заземляют, а на исток или эмиттер ТИЗ подают открывающий импульс тока наносекундной длительности.The problem is solved and the technical result is achieved by turning on a power transistor with an insulated gate, in which the gate is grounded, and an opening current pulse of nanosecond duration is applied to the source or emitter of the TIZ.

Поставленная задача решается и технический результат достигается формирователем мощных импульсов регулируемой длительности, содержащим n-канальный МОП-транзистор, включаемый по вышеуказанному способу включения силового транзистора с изолированным затвором, сток которого через нагрузку соединен с плюсом источника питания, затвор - с катодом диода, анод которого соединен с общим проводом, исток МОП-транзистора соединен с анодом стабилитрона, катод которого соединен с общим проводом.The problem is solved and the technical result is achieved by a power pulse shaper of adjustable duration, containing an n-channel MOS transistor, switched on according to the above method of switching on a power transistor with an insulated gate, the drain of which is connected through the load to the plus of the power source, the gate - to the cathode of the diode, the anode of which connected to the common wire, the source of the MOS transistor is connected to the anode of the zener diode, the cathode of which is connected to the common wire.

Указанный технический результат достигается в изобретении благодаря использованию положительной обратной связи (ПОС), возникающей при подаче открывающего импульса на исток ТИЗ с предварительно заземленным затвором. В отличие от биполярного транзистора, схема с общей базой которого повышает верхнюю частотную границу усиления ввиду отсутствия сколько-нибудь значительной емкости коллектор-эмиттер, МОП-транзистор имеет значительную емкость сток-исток, которая не указывается в документации, но вычисляется по формуле Cds=Coss-Crss (У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» Т. I, М. 2008, стр. 254).The specified technical result is achieved in the invention due to the use of positive feedback (PIC), which arises when the opening pulse is applied to the source of the TIZ with a pre-grounded gate. Unlike a bipolar transistor, the common-base circuit of which raises the upper frequency limit of the gain due to the absence of any significant collector-emitter capacitance, the MOSFET has a significant drain-source capacitance, which is not indicated in the documentation, but is calculated by the formula Cds = Coss -Crss (W. Titze, K. Schenck "Semiconductor circuitry" Vol. I, M. 2008, p. 254).

Как уже было замечено выше, включение силовых транзисторов с заземленным затвором производителями MOSFET и IGBT не предусмотрено, и в переключательных схемах на практике не применяется. Однако ПОС, возникающая в этой схеме при подаче на исток открывающего импульса, например, от лавинного генератора, приводит к возникновению на стоке фронта выходного импульса более короткого, чем у входного импульса. Таким образом, изобретение позволяет увеличить частоту переключений и снизить индуктивность накопителей энергии в импульсных преобразователях. Результатом изобретения является снижение энергетических потерь на переключение силовых ТИЗ и улучшение массогабаритных показателей импульсных источников питания.As already noted above, the inclusion of power transistors with a grounded gate is not provided by the MOSFET and IGBT manufacturers, and is not used in practice in switching circuits. However, the PIC arising in this circuit when an opening pulse is applied to the source, for example, from an avalanche generator, leads to the appearance of the front of the output pulse at the drain, which is shorter than that of the input pulse. Thus, the invention makes it possible to increase the switching frequency and reduce the inductance of energy storage units in pulse converters. The result of the invention is to reduce energy losses for switching power TIZs and improve the weight and dimensions of the switching power supplies.

Предлагаемый способ включения уравнивает с n-канальными MOSFET по скорости включения не только р-канальные MOSFET но и IGBT.The proposed turn-on method equates not only p-channel MOSFETs but also IGBTs in turn-on speed with n-channel MOSFETs.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена электрическая схема силового ключа на р-канальном МОП-транзисторе с применением предлагаемого способа, на фиг. 2 представлена схема формирователя мощных импульсов регулируемой длительности по предлагаемому способу с применением n-канального MOSFET и на фиг. 3 представлена схема силового ключа импульсного блока питания на IGBT с использованием предлагаемого способа.The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows an electrical circuit of a power switch on a p-channel MOS transistor using the proposed method, in Fig. 2 shows a diagram of a power pulse generator of adjustable duration according to the proposed method using an n-channel MOSFET, and FIG. 3 shows a diagram of the power switch of an IGBT switching power supply using the proposed method.

Так как внешние задающие генераторы (ЗГ), присутствующие на приведенных схемах, предметом изобретения не являются, а схемы используемых лавинных генератора являются типовыми (В.П. Дьяконов. Лавинные транзисторы и тиристоры. Теория и применение. Серия «Компоненты и технологии». - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2012, с. 188, Рис. 4.10, а-г), описание их работы не приводится.Since the external master oscillators (MG) present in the above circuits are not the subject of the invention, and the circuits of the avalanche generator used are typical (V. P. Dyakonov. Avalanche transistors and thyristors. Theory and application. Series "Components and technologies". - M .: SOLON-PRESS, 2012, p. 188, Fig. 4.10, a-d), a description of their work is not given.

Силовой ключ фиг. 1 содержит р-канальный МОП-транзистор 1, нагрузку 2, соединяющую сток МОП-транзистора с источником питания Ес, стабилитрон 3, включенный в прямом направлении между общим проводом и истоком, и импульсный диод 4, включенный в прямом направлении между затвором и общим проводом. В качестве примера ЗГ изображен релаксационный генератор 5 на лавинном транзисторе с использованием S-образной вольт-амперной характеристики со стороны коллектора и с разрядом накопительного конденсатора. Токовый импульс ЗГ достаточной амплитуды с эмиттера лавинного транзистора поступает на исток МОП-транзистора в открывающем направлении, то есть положительной полярности, заряжая затвор, что происходит очень быстро в самом начале возрастания тока входного импульса. Причиной этого является положительная обратная связь, возникающая через емкость сток-исток МОП-транзистора с предварительно заземленным затвором при подаче на исток открывающего импульса после того, как заряд затвора достигнет порога открывания. Весь заряд затвора происходит при открытом переходе диода, что в образованной схеме с общим затвором эквивалентно заземлению. Уже упомянутое выше действие ПОС определяет короткий передний фронт импульса напряжения на истоке. При этом, в частности, на истоке формируется импульс, по амплитуде сравнимый с допустимым напряжением затвор-исток, которое обычно равно 20 В, с более коротким фронтом, а выходное сопротивление истока в качестве генератора не превосходит 1-2 Ом. Этому фронту соответствует резкое возрастание потенциала стока с коротким фронтом в самом начале процесса.The power switch of FIG. 1 contains a p-channel MOS transistor 1, a load 2 connecting the drain of the MOS transistor to the power source Ес, a zener diode 3, connected in the forward direction between the common wire and the source, and a pulse diode 4, connected in the forward direction between the gate and the common wire ... As an example of the MO, a relaxation generator 5 on an avalanche transistor is shown using an S-shaped current-voltage characteristic from the collector side and with a storage capacitor discharge. A MG current pulse of sufficient amplitude from the emitter of the avalanche transistor enters the source of the MOS transistor in the opening direction, that is, positive polarity, charging the gate, which occurs very quickly at the very beginning of the increase in the input pulse current. This is due to the positive feedback that occurs through the drain-to-source capacitance of a pre-grounded MOSFET when an open pulse is applied to the source after the gate charge reaches the open threshold. All gate charge occurs when the diode junction is open, which is equivalent to ground in the resulting common-gate circuit. The action of the PIC already mentioned above determines the short leading edge of the voltage pulse at the source. In this case, in particular, a pulse is formed at the source, in amplitude comparable to the allowable gate-source voltage, which is usually 20 V, with a shorter front, and the output resistance of the source as a generator does not exceed 1-2 Ohms. This front corresponds to a sharp increase in the drain potential with a short front at the very beginning of the process.

По достижении зарядом затвора уровня порога включения МОП-транзистор начинает открываться и потенциал стока растет. С этого момента начинает действовать разрядный ток емкости сток-исток, равный

, который складывается с током ЗГ на участке затвор-исток, ускоряя дальнейший заряд затвора и полное открывание МОП-транзистора. Разряд емкости сток-затвор замыкается через диод и не оказывает влияния на заряд затвора. Одновременно происходит увеличение тока нагрузки, равного

. Таким образом, в процессе формирования фронта до полного открытия МОП-транзистора в его канале действуют в противоположных направлениях почти постоянный ток разряда емкости сток-исток и увеличивающийся ток нагрузки. После полного открытия канала ток нагрузки остается почти постоянным, пока спадающий ток импульса ЗГ не становится меньше тока нагрузки. Разность этих токов понижает потенциал истока и открывает стабилитрон в прямом направлении. Одновременно потенциал заряженного затвора понижается на ту же величину, и диод оказывается заперт в обратном направлении. В результате этого процесса канал МОП-транзистора остается полностью открытым, и через нагрузку течет постоянный ток. При запертом диоде 4 и открытом в прямом направлении стабилитроне приведенная схема эквивалентна включению с общим истоком. Силовой ключ может быть выключен обычным способом драйвером затвора, замыканием затвора с общим проводом с помощью реле и т.п. Стабилитрон 3 предохраняет затвор от перенапряжения.When the gate charge reaches the turn-on threshold, the MOSFET starts to open and the drain potential increases. From this moment, the discharge current of the drain-source capacitance, equal to

, which is added to the ZG current in the gate-source section, accelerating further gate charge and full opening of the MOS transistor. The discharge of the drain-gate capacitance is closed through the diode and does not affect the gate charge. At the same time, the load current increases, equal to

... Thus, in the process of forming the front until the full opening of the MOS transistor, an almost constant discharge current of the drain-source capacitance and an increasing load current act in opposite directions in its channel. After the channel is completely opened, the load current remains almost constant until the decreasing current of the MH pulse becomes less than the load current. The difference between these currents lowers the source potential and opens the zener diode in the forward direction. At the same time, the potential of the charged gate decreases by the same amount, and the diode turns out to be locked in the opposite direction. As a result of this process, the channel of the MOSFET remains completely open, and direct current flows through the load. When the diode 4 is locked and the zener diode is open in the forward direction, the above circuit is equivalent to switching on with a common source. The power switch can be turned off in the usual way by a gate driver, by closing the gate with a common wire using a relay, etc. Zener diode 3 protects the shutter from overvoltage.

Формирователь фиг. 2 содержит n-канальный МОП-транзистор 1, нагрузку 2, стабилитрон 3 и диод 4. Кроме того, на схеме присутствуют задающие генераторы 5 и 6, в качестве которых используется релаксационный генератор на лавинном транзисторе с использованием S-образной вольт-амперной характеристики со стороны коллектора и с зарядом накопительного конденсатора. Ждущий ЗГ 5 в момент t1 включает МОП-транзистор со стороны истока. При включении происходят те же процессы, что и в схеме фиг. 1, но с обратными знаками токов и потенциалов. В образовавшейся в результате включения схеме с общим истоком ЗГ 6 в момент t2 разряжает затвор. Благодаря мощному импульсу от ЗГ затвор разряжается быстро до окончания импульса от ЗГ. МОП-транзистор закрывается, после чего начинается сравнительно медленный процесс заряда емкостей сток-затвор и сток-исток через сопротивление нагрузки, при котором ток заряда емкости сток-затвор (эффект Миллера) поглощается лавинным транзистором в режиме остаточного насыщения, благодаря чему паразитный перезаряд затвора не происходит. В этом процессе канал МОП-транзистора не участвует, так как сопротивление канала максимально и выделение тепла не происходит.The shaper of FIG. 2 contains an n-channel MOS transistor 1, a load 2, a zener diode 3 and a diode 4. In addition, the circuit contains master oscillators 5 and 6, which are used as an avalanche transistor relaxation generator using an S-shaped current-voltage characteristic with side of the collector and with the charge of the storage capacitor. The waiting ZG 5 at the moment t1 turns on the MOS transistor from the source side. When switched on, the same processes occur as in the circuit of FIG. 1, but with opposite signs of currents and potentials. In the resulting circuit with a common source, the ZG 6 discharges the gate at time t2. Due to the powerful pulse from the MG, the shutter discharges quickly until the end of the pulse from the MG. The MOS transistor closes, after which a relatively slow process of charging the drain-gate and drain-source capacitors begins through the load resistance, at which the charge current of the drain-gate capacitance (Miller effect) is absorbed by the avalanche transistor in the residual saturation mode, due to which the parasitic recharge of the gate does not going on. The channel of the MOS transistor is not involved in this process, since the channel resistance is maximum and no heat is generated.

Длина выходного импульса, снимаемого со стока, равна интервалу времени t2-t1. Она ограничена сверху саморазрядом затвора в реальной схеме и тепловыми ограничениями МОП-транзистора, а снизу - переходными процессами после включения МОП-транзистора, которые имеют длительность десятков наносекунд. На выходе формирователя получается прямоугольный импульс с коротким передним фронтом. Задний фронт зависит от скорости заряда упомянутых емкостей МОП-транзистора, а именно от величины нагрузки 2. Если требуется существенное увеличение амплитуды импульса по напряжению, МОП-транзистор в схеме формирователя может быть заменен на БТИЗ (IGBT).The length of the output pulse taken from the drain is equal to the time interval t2-t1. It is limited from above by the self-discharge of the gate in a real circuit and thermal limitations of the MOS transistor, and from below by transient processes after turning on the MOS transistor, which have a duration of tens of nanoseconds. At the output of the shaper, a rectangular pulse with a short leading edge is obtained. The trailing edge depends on the charging rate of the mentioned capacities of the MOS transistor, namely on the magnitude of the load 2. If a significant increase in the voltage pulse amplitude is required, the MOS transistor in the driver circuit can be replaced by an IGBT.

Силовой ключ импульсного блока питания фиг. 3 содержит силовой биполярный транзистор с изолированным затвором 1, нагрузку 2, импульсный диод 3, разделительный конденсатор 4, стабилитрон 5 и диод Шоттки 6. Кроме того, на схеме присутствуют задающие генераторы 7 и 8, в качестве которых используется, например, релаксационный генератор на лавинном транзисторе с использованием S-образной вольт-амперной характеристикой со стороны коллектора и с разрядом накопительного конденсатора. Ждущий ЗГ 7 в момент t1 включает биполярный транзистор с изолированным затвором со стороны эмиттера. При включении происходят те же процессы, что и в схеме фиг. 1, но с обратными знаками токов и напряжений. В результате включения БТИЗ при запертом диоде 4 и открытых в прямом направлении стабилитроне 5 и диоде Шоттки 6 приведенная схема эквивалентна включению с общим истоком. Ждущий ЗГ 8 в момент t2 разряжает затвор. Благодаря мощному импульсу от ЗГ затвор заряжается быстро и БТИЗ оказывается запертым. После этого начинается сравнительно медленный процесс заряда емкостей коллектор-затвор и коллектор-эмиттер через импеданс нагрузки, при котором ток заряда емкости коллектор-затвор (эффект Миллера) шунтируется цепью: разделительный конденсатор 4 - нагрузочный резистор лавинного генератора ЗГ 8, благодаря чему паразитный перезаряд затвора не происходит. Интервал времени t2-t1 равен длине выходного импульса тока в нагрузке. Он ограничен сверху саморазрядом затвора в реальной схеме и токовыми ограничениями индуктивности нагрузки, а снизу - переходными процессами после его включения, которые измеряются десятками наносекунд. Нагрузка 2 коллектора биполярного транзистора с изолированным затвором представляет собой накопительный дроссель или первичную обмотку трансформатора импульсного блока питания. Диод Шоттки 6 минимизирует потери на коммутацию. Силовой БТИЗ в устройстве может быть заменен на МОП-транзистор.The power switch of the switching power supply unit of FIG. 3 contains a power bipolar transistor with an insulated gate 1, a load 2, a pulse diode 3, an isolation capacitor 4, a Zener diode 5 and a Schottky diode 6. In addition, the circuit contains master oscillators 7 and 8, which are used, for example, a relaxation generator on an avalanche transistor using an S-shaped current-voltage characteristic from the collector side and with a storage capacitor discharge. The waiting ZG 7 at the time t1 turns on the IGBT from the emitter side. When switched on, the same processes occur as in the circuit of FIG. 1, but with opposite signs of currents and voltages. As a result of turning on the IGBT when the diode 4 is locked and the zener diode 5 and the Schottky diode 6 are open in the forward direction, the above circuit is equivalent to switching on with a common source. The waiting ZG 8 at the moment t2 discharges the shutter. Thanks to the powerful pulse from the ZG, the shutter charges quickly and the IGBT is locked. After that, a relatively slow process of charging the collector-gate and collector-emitter capacities begins through the load impedance, at which the charging current of the collector-gate capacitance (Miller effect) is shunted by the circuit: blocking capacitor 4 - load resistor of the avalanche generator ZG 8, due to which the parasitic recharge of the gate not happening. The time interval t2-t1 is equal to the length of the output current pulse in the load. It is limited from above by the self-discharge of the gate in a real circuit and by the current limits of the load inductance, and from below by transients after it is turned on, which are measured in tens of nanoseconds. The load 2 of the collector of the IGBT is a storage choke or the primary winding of a switching power supply transformer. Schottky diode 6 minimizes switching losses. The power IGBT in the device can be replaced with a MOS transistor.

Сокращение длины фронтов переключения уменьшает термовыделение в ТИЗ и позволяет увеличить частоту переключения в импульсных блоках питания, что в свою очередь приводит к уменьшению индуктивности дросселей и трансформаторов.Reducing the length of the switching edges reduces the thermal release in the TIZ and allows you to increase the switching frequency in the switching power supplies, which in turn leads to a decrease in the inductance of chokes and transformers.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет улучшить массогабаритные показатели и уменьшить энергетические потери.Thus, the proposed invention makes it possible to improve the weight and dimensions and reduce energy losses.

Claims

1. A method of quickly turning on a power transistor with an insulated gate, including grounding the gate and applying a nanosecond opening current pulse to the source or emitter.

2. A generator of powerful rectangular pulses of adjustable duration, containing an n-channel MOS transistor, switched on according to the method of claim 1, the drain of which is connected through the load to the plus of the power source, the gate is connected to the cathode of the diode, the anode of which is connected to the common wire, the source of the MOS- the transistor is connected to the anode of the zener diode, the cathode of which is connected to the common wire.