Из-за того, что носителями тока в Р-канале являются дырки, которые имеют Более низкую подвижность, чем электроны в N-канале, ZDS{on) (сопротивление канала в открытом состоянии) для Р-канального Прибора всегда больше для данного размера и класса по напряжению сток-исток. Это является проблемой для комплиментара. Например, если выравнять сопротивления в открытом состоянии, то будут различия -в других параметрах, таких как емкости, импульсный ток, тепловое сопротивление, ОБР.

По этой причине всегда надо выбирать желаемый параметр. Таблица 3.4 сравнивает электрические параметры прибора МТР8Р10 с различными N-канальными приборами.

Таблица 3.4.

Р-канальный комплементарный МДП-транзистор МТР8Р10 в сравнении с N-канальными приборами

Наиболее простые схемы получаются при использовании Р-канальных приборов для переключателей с заземленной нагрузкой. Подобная схема показана на рис. 3 19.

+5.0

S -i

Р-канальный

?TMOS

МДП прибор включен, если Vqs - о и начинает включаться при увеличении (в отрицательную область) амплитуды этого напряжения выше порогового. Ток при этом будет протекать от источника в нагрузку. Логический сигнал для управления затвором по земле соединен с землей нагрузки. Для увеличения быстроты переключения на выходе используются эмиттерные повторители, которые можно исключить, если желательно более медленное переключение.

N-КАНАЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

НА СТОРОНЕ ВЫСОКОГО ПОТЕНЦИАЛА

При непосредственной замене Р-канальноГо прибора N-канальным источник входного сигнала должен иметь напряжение, равное выходному плюс напряжение сток-исток для поддержания тока в нагрузке, т.е. VG=VGS(on) + Vdd

Для надежного включения транзистора необходимо VCSIO В. Т.о. для обеспечения на нагрузке 12 В необходимо иметь систему управления с выходным напряжением ~22 В.

Эта задача может быть решена несколькими способами:

1. Отдельный источник питания с напряжением по крайней мере на 10 В больше, чем напряжение питания стока.

2. Импульсный трансформатор.

3. Оптопары.

4. Бутстрепная схема.

5. Удпоитель напряжения.

6. Применение индуктивного выброса напряжения.

ОТДЕЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК

Это наиболее прямой путь управления N-канальным прибором на стороне высокого потенциала (рис. 3.20).

Рис. 3.19. Управление Р-канальным MOSFET с заземленной нагрузкой.

Рис. 3.20. Управление истоковым повторителем о! . допол-нительногаисточника Приблизительно источник питания должен быть на 10...20 В больше, чем Vdd РЛя обеспечения надежного включения. При индуктивной нагрузке для обеспечения скорости выключения (которая может быть испорчена выбросом напряжения) рекомендуется шунтировать нагрузку диодом.

ИМПУЛЬСНЫЙ

ТРАНСФОРМАТОР

Этот способ очень популярен на практике, когда N-канальные приборы применяются в мостовых схемах и других аналогичных. Как показано на рис. 3.21, импульсный трансформатор легко обеспечивает необходимое управление МДП транзистором.

Однако важной проблемой данной топологии является то. что ток нагрузки может оставаться постоянным только ограниченный отрезок времени из-за окончательного разряда емкости С1.

Рис- 3.21. Запуск- через импульсный трансформатор. Схемы 1...4 как раз и представляют подобные схе-

ОПТОПАРЫ

Это третий путь обеспечения управления затвором МДП-транзистора в данном случае. Рис. 3.22 - пример подобной цепи.

Рис 3.22. Драйвер истокового повторителя с оптопарой.

При применении источника Vcc2 нагрузка может быть подключена как к стоку, так и к истоку прибора. Источник Vcc2 либо должен быть изолированным от источника Vdd (как на рис. 3.22), либо должен быть >Vdd- Техническим решением является бутстреп-ная техника.

БУТСТРЕПНАЯ СХЕМА

Данная схема показана на рис. 3.23 и вырабатывает требуемое напряжение затвор-исток.

Рис 3.23. Бутстрепная схема драйвера.

Другой проблемой является невозможность переключения высоких напряжений, т.к. С1 заряжается от источника питания и этот потенциал не должен превышать предельного.

УДВОИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Напряжение затвора может быть увеличено выше, чем источник питания за счет удвоения напряжения, как это показано на рис. 3.24а.

Умножитель использует диоды и емкости, подключенные к КМОП мультивибратору. G1 и G2 составляют собственно мультивибратор, а G3 и G4 включены параллельно и используются как выходные буферы для обеспечения схемы удвоения. Если эти буферы подключены к источнику Vdd- то МДП транзистор, включенный на стороне высокого потенциала, обеспечивается удвоенным значением Vdd- Заметим, что Vdd не может быть больше 18 В, как это требует КМОП технология.

Если требуется большее напряжение, КМОП схемы могут быть подключены через стабилитроны. Мультивибратор с указанными компонентами работает на частоте 350 кГц. Контрольный сигнал непосредственно обеспечивает включение и выключение прибора, однако из-за ограниченной выходной мощности КМОП схем скорость переключени.1 невелика.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОБРАТНОГО ХОДА

Данная схема показана на рис. 3.246.

В данном преобразователе используется мощный переключатель MTP3N12, показанный в схеме как Q1, а также два инвертора МС14572 (G1 и G2), на которых собран мультивибратор и четыре выходных инвертора, включенные параллельно. Они обеспечивают затвор полевого прибора током порядка 25 мА для заряда Ciss. Когда Q1 включается, ток стока возрастает примерно до величины 0,8 А, что при выключении обеспечивает выброс напряжения около 60 В. Эта накопленная энергия поступает для управления 02, при этом 13 В на затвор-исток (28 вольт затвор-земля)

14001

lOpF D3

350kHz

30pF

Vd1<15V h

1 T N, I-D2i (3)

Dllci I lOpF

iMTP12N05

1 2.5A

Off-

ynp.

Puc. 3.24a Драйвер с удвоением напряжения.

+ 15V

MCI4572

+ 15V

On -OV

V lOOkl

47k 100k

+ 15V

? 15V MTP Li LOW 12N05 90/zH : 02

I1N4934 1N5352A

+ 15V о

сГ)>

fwlOOkHz

47pF

QX/iF:

2.5П

0.1 MTP3N12

Puc. 3.246. Запуск N-канального истокового повторителя от формирователя импульсов обратного входа.

3.2. Управление СИТ

с точки зрения применения можно выделить три основных режима эксплуатации СИТ в электронных устройствах: ключевой, аналоговый (усилительный) и ана-логово-ключевой. В последнем открытый прибор служит для передачи аналогового сигнала в нагрузку без усиления, а закрытый прибор такую передачу запрещает, т.е. погрешность передачи сигнала тем меньше, чем меньше сопротивление открытого прибора и чем слабее зависимость этого сопротивления от передаваемого сигнала. Перспективность применения СИТ в аналогово-ключевом режиме достаточно очевидна.

Основные эксплуатационные показатели мощного транзистора при работе в ключевом режиме - это потери мощности, быстродействие и надежность. Следует подчеркнуть, что понятие КПД определяют как конечную стоимость получаемой мощности, а надежность включают в это понятие как составную часть. Отметим также, что в типовых ключевых режимах применения СИТ масса и габариты теплоотвода со-

ставляют примерно 50% общей массы устройства.

Таким образом, главное требование к СИТ - это снижение сопротивления в открытом состоянии, что обеспечивается созданием короткого канала и соединением большого количества каналов (~пх1000) параллельно. Простое сокращение длины канала привело бы к снижению значения максимального рабочего напряжения между стоком и затвором. Связь между сопротивлением высокоомной п-области и пробивным напряжением сток-затвор описывается полуэмпирическим выражением

гдр = Китпроб,

где m = 2,5-3.

Полное сопротивление между стоком и истоком СИТ в открытом состоянии содержит несколько составляющих. Учитывая то, что СИТ типа КП926 имеют наибольшие перспективы в биполярном режиме, отметим влияние на сопротивление Гси положительного тока затвора. Значение Гси при этом определяется степенью насыщения СИТ (рис. 3.25а).