список ЛИТЕРАТУРЫ

1. NIenhaus Н. А., Bowers J. С, Herren P. С. А high power MOSFET computer model. -IEEE PESC80, p. 97-103. -

2. Дьяконов B. П. Мощные полевые транзисторы в. усилителях мощности низких и высоких частот. - Радиотехника, 1982, 37, № 9, с. 13.

3. Соеп R. W., Tsang D. W., Lisiak К. Р. А high-performance planar power MOSFET. - IEEE Trans. 1980, v. 1, ED-27, No 2, p. 340-342.

4. Конев Ю.. И, Некоторые предельные возможности миниатюризации силовых полупроводниковых устройств. - ЭТВА/ Под ред. Ю. И. Конева. -М.: Сов. радно, 1972, вып. 3, с. 3-16.

5. МДП-транзисторы в нмпульсных регуляторах электродвигателей/ Е. В. Машуков, И. М. Леоненко, Е. М. Хрунов, Д. А. Шевцов.- ЭТВА/ Под ред. Ю. И. Конева. -М.: Радно н связь, 1984, вып. 15, с. 9-19.

УДК 621.316.5:621.382

Е. В. Машуков, В: В. Сергеев

ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВХОДНОГО ТОКА

Одним из методов повышения эффективности транзисторных ключей, работающих в широком диапазоне тока нагрузки является регулирование входного тока силовых транзисторов. При питании предварительного усилителя от вспомогательного источника напряжения суммарные статические потери определяются из выражения

где Uj3, [/ ge ИТ) - напряжение коллектор - эмиттер выходного транзистора, напряжение насыщающего источника и его КПД; /вх и /н - входной ток силовых транзисторов и ток через ключ в открытом состоянии, равный току нагрузки.

Задача регулирования входного тока силовых транзисторов при изменении тока / заключается в поддержании тока /вх, при котором Рст(/н) = Рст.мин(/н). Эту задачу решают системы экстремального регулирования, однако усложнение схемы управления силовыми транзисторами не всегда оправдано. Обычно регулирование входного тока силовых транзисторов осуществляется в разомкнутом цикле по отношению к Рст, а для задания закона изменения тока /вх используется косвенная информация о величине суммарных статических потерь в ключе (ток через ключ, напряжения на переходах транзисторов).

Регулирование входного тока силовых транзисторов в импульсных устройствах используется достаточно давно. Первые публикации относятся к концу 50-х годов применительно к магнитно-транзисторным ключам, где при коэффициенте заполнения 0<з<1 использование трансформаторов тока (обратной связи по току) позволяет поддерживать входной ток транзисторов равным

/bx=/h/t1t.t==/h/Ki,

где Пт.т - коэффициент трансформации токов.

В регуляторах постоянного напряжения необходимо обеспечить работоспособность при кз=1, что достигается с помощью двухтактных м,агнитно-транзисторных ключей с обратной связью по току. Однако эти ключи не свободны от недостатков.

Более технологичными являются схемы транзисторных ключей с бестрансформаторными цепями управления. Следует отметить, что выводы, полученные в [1 применительно к магнитно-транзисторным ключам, не распространяются в полной мере на бестрансформаторные ключи из-за неоднозначности определения суммарных статических потерь, которые в магнитно-транзисторных ключах определяются из выражения

где Uea и т],. - Напряжение база - эмиттер транзистора и КПД токового трансформатора.

Поскольку напряжение С/бэ нелинейно зависит от токов базы и коллектора, а напряжение t/нас постоянно, экстремумы функции Рст(/вх) при фиксированном токе /н для магнитно-транзисторных и бестрансформаторных ключей оказываются смещенными.

Многочисленные схемные решения и принципы построения транзисторных ключей с регулированием входного тока направлены на реализацию трех основных способов регулирования, для которых в зависимости от используемой информации о состоянии силовых транзисторов:

входной ток поддерживается прямо пропорциональным току коллектора силовых транзисторов (первый способ регулирования);

поддерживается постоянным напряжение коллектор - эмиттер выходного транзистора (второй способ регулирования);

поддерживается постоянным напряжение коллектор - база силовых транзисторов (третий способ регулирования).

При первом способе регулирования входного тока (рис. 1,о) напряжения, пропорциональные /вх и /к, сравнивают-

9+тк 1 I

Uu°-

9 + ГК

>

Lint J

>

>

Lrr3j

Рис. 1. функциональные сх -мы ключей с регулированием входного тока, использующие информацию о токах /к и /в1(а), наиряж . НИИ (б) н напряже-

кэ КВ

НИН (/ (а)

ся в дифференциальном усилителе ДУ; при этом hx=IuR2/Ri=In/K

где Ri к R2 - сопротивления датчиков тока.

При втором и третьем способах регулирования (рис. 1,6, в) напряжения Пкэ или Ukb открытого транзистора сравниваются в ДУ с фиксированным опорным напряже-. нием и° и при изменении тока через ключ поддерживаются постоянными за счет изменения входного тока силовых транзисторов.

При исследовании транзисторных ключей с различными способами регулирования приравнивались суммарные статические потери мощности при максимальном рабочем токе через ключ /н.макс- Для количественного анализа ключей удобно воспользоваться математической моделью биполярного транзистора. Приемлемую точность обеспечивают многие модели планарных транзисторов, если в них учитываются следующие эффекты:

зависимости статических коэффициентов передачи тока В и Bj в активной области от выходного тока;

модуляция сопротивления высокоомного коллекторного слоя Rm в области насыщения и квазинасыщения;

зависимость R, от коллекторного тока, отражающая эффект вытеснения тока эмиттера.

В даннной статье использовалась модифицированная модель Эберса - Молла, дополненная параметрами области квазинасыщения. Сопротивление немодулированного