198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210

Раздел 16 Импульсные источники питания

Выбор полупроводниковых компонентов

Управление затвором

МОП-транзисторами значительно проще управлять, чем биполярными, потому что они управляются напряжением, а не током. Для отпирания МОП-транзистора требуется зарядить затвор до рабочего напряжения (10 В для транзисторов со стандартным управлением). На первый взгляд может показаться, что нужно лишь подать количество электричества, необходимое для заряда ёмкости затвор-исток до напряжения 10 В. Однако с напряжением на затворе через ёмкость затвор-сток взаимодействует высокое напряжение на стоке. Это взаимодействие называется эффектом Миллера.

На Рис. 7.13 изображена упрощённая модель МОП-транзистора, состоящая из ключа и трёх конденсаторов.

Упрощённая модель МОП-транзистора, состоящая из ключа и трёх конденсаторовРис. 7.13. Упрощённая модель МОП-транзистора, состоящая из ключа и трёх конденсаторов

Когда потенциал затвора через резистор «притянут» к потенциалу земли, заряд на конденсаторе затвор-исток отсутствует. Конденсатор затвор-сток заряжен до полных 350 В, и его заряд составляет 22 нКл. Смоделируем одновременное замыкание ключей S1 и S2. При замыкании ключей входному напряжению требуется обеспечить 22 нКл для разряда конденсатора затвор-сток, а также 15 нКл для заряда ёмкости затвора. Реальный заряд, требуемый для конденсатора затвор-сток, гораздо больше расчётных в первом приближении 22 нКл, так как ёмкость затвор-сток зависит от напряжения. Она составляет 63 пФ при напряжении на стоке 350 В, но возрастает до 2500 пФ при нулевом напряжении стока. Производители обычно указывают суммарную величину заряда, требуемую для полного отпирания транзистора, так как наличие зависимости от напряжения усложняет аналитическое его определение.

Эффект Миллера является также причиной необычной формы напряжения на затворе при отпирании и запирании транзистора. На Рис. 7.14 изображены формы напряжения на стоке и затворе при отпирании транзистора, когда затвор управляется постоянным напряжением через низкоомный резистор, а нагрузкой стока является источник постоянного тока.

Формы напряжения на стоке и затворе при отпирании транзистора, когда затвор управляется постоянным током и нагрузкой стока является источник постоянного токаРис. 7.14. Формы напряжения на стоке и затворе при отпирании транзистора, когда затвор управляется постоянным током и нагрузкой стока является источник постоянного тока

Формы напряжения на стоке и затворе при отпирании транзистора, когда затвор управляется постоянным током и нагрузкой стока является источник постоянного токаСопротивление R2 и высокое входное напряжение создают почти постоянный ток управления 1 А. Нагрузкой является источник постоянного тока 4 А, и всё это в целом весьма похоже на дроссель или первичную обмотку трансформатора при непрерывном режиме работы. В течение времени t1 постоянный ток вызывает линейное нарастание напряжения на затворе. Интервал времени t2 начинается, когда достигается пороговое напряжение затвора. В транзисторе начинает течь ток стока, что приводит к падению напряжения на стоке. Напряжение на стоке падает быстро, поэтому большую часть входного тока составляет разрядный ток конденсатора затвор-сток. По истечении интервала времени t3 напряжение на стоке падает до нуля, поэтому входной ток начинает заряжать ёмкость затвора до 10 В, создавая второй участок нарастания напряжения. Режим, представленный на Рис. 7.14, очень близок к режиму работы реального прямоходового преобразователя или повышающего стабилизатора, управляемого через токоограничивающий выход ИС. Интервал времени t2 меняется в зависимости от величины тока стока. Если ток в нашем примере будет выше 4 А, интервал времени t2 будет больше. Прерывистый режим работы приведёт к почти нулевому значению t2. Напряжение на затворе в начале интервала t2 определяется крутизной характеристики транзистора. Характеристики стока, изображённые на Рис. 7.11, позволяют определить напряжение на затворе при заданном токе стока.

198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210