при отпирании транзистора Q1 ток протекает через Q1 и L-нагрузку, когда импульс управления Q1 заканчивается, транзистор Q1 запирается и через испытуемый диод D1 (DUT) формируется прямой ток - переходный процесс включения диода. При подаче отпирающего управляющего импульса на затвор транзистора Q2 ток нагрузки переводится в этот транзистор и формируется обратный ток через испытуемый диод D1 (DUT) - переходный процесс выключения диода.

При параллельной работе ПТ на индуктивную нагрузку возникает вопрос равномерности тока нагрузки

во внутренних диодах ПТ при запирании ПТ. Схема испытаний приведена на рис. 6.18а (3 полевых МДП-транзистора параллельно]. Из 20 транзисторов типа MTM20N15 были отобраны 3, диоды сток-исток которых имели наибольший разброс по прямому падению напряжения (от 1,05 до 1,2 В при токе 10 А) и по времени обратного восстановления t (от 250 до 320 не).

Испытания в схеме рис. 6.18а показали, что степень равномерности распределения токов высокая как в открытом состоянии, так и во время переходных процессов (рис. 6.18в).

Таблица 6.5

Основные параметры диодов сток-исток

6.5. Практические схемы быстродействующих мощных ключей

Имеется значительная потребность в быстродействующих ключах сильного тока и высокого напряжения. В частности, при параметризации мощных полупроводниковых приборов испытательный ключ должен иметь быстродействие выше, чем испытуемый прибор (DUT). Мощные MOSFET с точки зрения быстродействия наиболее перспективный ключевой прибор. Увеличение тока обеспечивается в таких ключах простым параллельным соединением ПТ (без балластных резисторов); равномерное распределение тока задается положительным температурным коэффициентом TKrogjon)- Например, если крутизна Qf ПТ в параллельном соединении имеет разброс, то ПТ с наибольшим значением крутизны стремится взять на себя наибольший ток Ig; но вследствие повышенного значения 1оГоз(оп). увеличения температуры и, соответственно, увеличения rs ток !□ самоограничивается. Этот процесс стремится выровнять токи в параллельном соединении.

На рис. 6.19 представленная практическая схема быстродействующего ключа на 150А. В нее входят 15 п-канальных мощных ПТ, соединенных пвраллельно (тип МТР 5N40, корпус ТО-220).

Параметры транзисторов (без подборе):

2,7 В < Vgsth < 3.9 В

Uosmax - 400 в

Id - СО А; 1о - 10 А

rosonimx - 1.0 Ом

Специфическим требованием к данному ключу являлась необходимость заземления плюса нагрузки (внод DUT); поэтому истоки параллельных ПТ соединены с минусом источника питания (-Vs). Соответственно, амплитуда импульса входного (запускающего) генератора должна быть согласована с уровнем напряжения источника Vss. Быстродействие ключа определяется скоростью перезаряда входных и проходных емкостей транзисторов Q1 + Q15. Заряд емкостей (включение Q1 + Q15) происходит при подаче входного импульса на затворы параллельно соединенных Р-канальных ПТ Q16, Q17. Цепь затвора каждого из транзисторов Q1 + 015 состоит из форсирующей RC-цепи (270 Ом, 0,005 мкф) и защитных стабилитронов (20 В). Разряд

20V 1.0W 1N4747

-160V

Рис 6.19. Быстродействующий ключ на 150 Ас параллельным соединением ПТ.

Vd 50V Div

SOA Div

5.0 s/Div

50 ns/Div

Verl.-500V/D v Horiz.=500ns/Div

50 ns/Div

Puc. 6.20. Осциллограммы выходного тока I о и выходтго напряжения Vjo ключа а); переходный процесс включения б); и переходный процесс выключения в).

емкостей (выключение Q1 + Q15) обеспечивается п-ка-нальным ПТ Q18, который отпирается задним фронтом входного импульса (через дифференцирующую цепь R1C1)! Рабочие осциллограммы быстродействующего ключа приведены на рис. 6.20 а,б,в.

Зависимость длительности переходного процесса выключения иллюстрирует рисунок 6.21, показывающий влияние разрядного резистора Ro-

Без форсированного выключения (Rq - <*> ) время выключения примерно 1 мкс; при форсированном разряде через Q18 время выключения уменьшается до 200 нс

На рис. 6.22 изображена принципиальная схема мощного двуполярного ключа.

Два корпуса CMOS-логики (тип МС 14001) являются основой тайлярного устройства ключа, которое задает рабочую частоту (R1), длительность открытого состояния tp(on) - резистор R4, длительность закрытого состояния tp(o(f) - резистор R3 и задержку включения (delay) комплементарного выходного ПТ.

Импульсом включения (частота - R1, длительность - R4) открываются биполярные транзисторы 05, 06,

Рис. 6.21. Осциллограммы переходного процесса выключения по напряжению Vd при Л/)- а); Rd~ ю Ом б); Rd-5 Ом в).

МДП-транзистор 07 и выходной ключ на основе четырех параллельно соединенных транзисторов Q8 (п-ка-нальные, MTP20N10).

Задержка включения (R2) и длительность включенного состояния Р-канального ключа 04 определяются логическими вентилями В1-В4 и драйвером на транзисторах 01, 02, 03. Ключ 04 состоит из параллельного соединения четырех ПТ типа МТР8Р10. Дополнительная цепь на транзисторах 09, Q10 обеспечивает форсированное выключение Q8 (длительность форсированного разряда задается дифференцирующей RC-цепью на входе Q9).

Огра.,ичивающий резистор Rq входит в цепи стоков обоих комплементарных ПТ. Ключ отрицательного напряжения (на 08) переключает ток до 100 А, а ключ положительного напряжения (на 04) - ток до 50 А (из-за разницы в значениях tdsoiO-

Осциллограммы выходного напряжения двуполярного мощного ключа приведены на рис. 6.23; задержка положительного напряжения 2 мкс, сопротивление нагрузки Rl - 2 Ом, питающие напряжения +-42 В. Передние фронты (включение) отрицательного и положительного напряжений около 10 не, задние фронты - около 3 мкс (отрицательное) и около 1 мкс (положительное) - рис. 6.23а. На рис. 6.236 та же осциллограмма, но с включенной форсирующей цепью на транзисторах Q9. 010 (длительность заднего фронта отрицательного напряжения снижается до 25 не. В отсутствие задержки длительность смены полярности 35 нс (рис. 6.23в).

На рис. 6.24 представлены осциллограммы тока 1рм быстродействующего диода типа MR821; параметры измерительного режима: 1рм ~ 40 А (амплитуда прямого тока), dl/dt - 2,5 кВ/мкс (скорость нарастания запирающего напряжения). Регулировка скоростей нарастания прямого и обратного напряжений обеспечивается резисторами R5 и R6 соответственно.