Driver de transistor de efeito de campo de componente discreto

Uma coisa é quando, para o controle em alta velocidade de um potente transistor de efeito de campo com uma porta pesada, existe driver pronto na forma de um chip especializado como UCC37322, e bem diferente quando não existe esse driver, e o esquema de controle de chave de energia deve ser implementado aqui e agora.

Nesses casos, muitas vezes é necessário recorrer à ajuda de componentes eletrônicos discretos que estão disponíveis e, a partir deles, para montar o driver do obturador. O caso, ao que parece, não é complicado, no entanto, para obter parâmetros de tempo adequados para a troca do transistor de efeito de campo, tudo deve ser feito com eficiência e funcionar corretamente.

Uma idéia valiosa, concisa e de alta qualidade, com o objetivo de resolver um problema semelhante, foi proposta em 2009 por Sergey BSVi em seu blog “Página Embedder”.

O circuito foi testado com sucesso pelo autor na meia ponte em frequências de até 300 kHz. Em particular, a uma frequência de 200 kHz, com uma capacitância de carga de 10 nF, foi possível obter frentes com duração não superior a 100 ns. Vamos examinar o lado teórico desta solução e tentar entender em detalhes como esse esquema funciona.

As principais correntes de carga e descarga do portão ao desbloquear e bloquear a chave mestra fluem através dos transistores bipolares do estágio de saída do driver. Esses transistores devem suportar a corrente de controle da porta de pico e a tensão máxima do coletor-emissor (de acordo com a folha de dados) deve ser maior que a tensão de alimentação do driver. Normalmente, 12 volts são suficientes para controlar o obturador de campo. Quanto ao pico de corrente, assumimos que ele não exceda 3A.

Se for necessária uma corrente mais alta para controlar a chave, os transistores do estágio de saída também deverão ser mais potentes (é claro, com uma frequência limitadora adequada de transferência de corrente).

Para o nosso exemplo, um par complementar - BD139 (NPN) e BD140 (PNP) é adequado como transistor do estágio de saída. Eles têm uma tensão limite de coletor-emissor de 80 volts, uma corrente de pico de coletor de 3A, uma frequência de corte de transferência de corrente de 250 MHz (importante!) E um coeficiente de transferência de corrente estática mínimo de 40.

Para aumentar o ganho de corrente, um par complementar adicional de transistores de baixa corrente KT315 e KT361 com uma tensão reversa máxima de 20 volts, um coeficiente de transferência de corrente estática mínimo de 50 e uma frequência de corte de 250 MHz são adicionados aos transistores de saída BD139 e BD140 .

Como resultado, obtemos dois pares de transistores conectados de acordo com o circuito de Darlington com um coeficiente de transferência de corrente mínima total de 50 * 40 = 2000 e com uma frequência de corte de 250 MHz, ou seja, teoricamente, no limite, a velocidade de comutação pode atingir vários nanossegundos. Mas como estamos falando de processos relativamente longos de carga e descarga da capacitância do portão, esse tempo será uma ordem de magnitude maior.

O sinal de controle deve ser fornecido à base combinada dos transistores KT315 e KT361. As correntes de abertura dos transistores base NPN (superior) e PNP (inferior) devem ser separadas.

Para esse propósito, resistores de isolamento podem ser instalados no circuito, mas a solução com a instalação de uma unidade auxiliar no KT315, resistor e diodo 1n4148 revelou-se muito mais eficaz para esse circuito em particular.

A função desta unidade é ativar rapidamente a base dos transistores superiores do estágio de baixa corrente ao aplicar uma tensão mais alta à base desta unidade e, com a mesma rapidez através do diodo, puxar as bases para menos quando um sinal do nível mais baixo aparecer na base da unidade.

Para poder controlar esse driver a partir de uma fonte de sinal de baixa corrente com uma corrente de saída da ordem de 10 mA, um transistor de efeito de campo de baixa corrente KP501 e um acoplador óptico de alta velocidade 6n137 são instalados no circuito.

Quando uma corrente de controle é aplicada através de uma cadeia de 2-3 acopladores ópticos, o transistor bipolar de saída dentro dele entra em um estado condutor e no pino 6 existe um coletor aberto ao qual um resistor está conectado, que puxa a porta do transistor de efeito de campo de baixa corrente KP501 para o barramento de potência positivo do acoplador óptico.

Assim, quando um sinal de alto nível é fornecido à entrada do acoplador óptico, um sinal de baixo nível estará no portão do controlador de campo KP501 e será fechado, proporcionando a possibilidade de a corrente fluir através da base do superior de acordo com o esquema KT315 - o motorista cobrará o portão do controlador de campo principal.

Se na entrada do acoplador óptico houver um sinal de nível baixo ou não houver sinal, na saída do acoplador óptico haverá um sinal de nível alto, o obturador KP501 será carregado, seu circuito de estoque será fechado e a base do circuito superior de acordo com o circuito KT315 será zerada.

O estágio de saída do driver começará a descarregar o portão da chave que ele controla. É importante observar que, neste exemplo, a tensão da fonte de alimentação do acoplador óptico é limitada a 5 volts, e o estágio principal do driver é alimentado por uma tensão de 12 volts.