Ускорение закрытия p-MOSFET низковольтного ключа

Автор: Romeo13, r13cs@yandex.ru
Опубликовано 29.02.2016
Создано при помощи КотоРед.

Доброго времени суток, уважаемые радиокоты!

Это первая моя статья, дебют можно сказать, она небольшая, но, думаю, полезная. Ибо подобных схемных решений я не нашел.

Проблема: Управлять низковольтным (до 30 В) ключом на p-MOSFET, если напряжение истока больше напряжения управления (например, напряжение истока 12 В, управление микроконтроллером напряжением 5 В). Суть проблемы: напряжение затвор-исток недостаточно для закрытия ключа.

Первое решение, пришедшее мне на ум, приведено ниже:

Решение оказалось неприемлимым, из-за того, что я получил на осциллограммах ниже. А именно очень затянутый задний фронт (> 2 мкс), несмотря на различные фичи по увеличению быстродействия, что критично в некоторых ситуациях. Это следствие очень маленького тока затвора в момент закрытия транзистора Q5, который ограничивается резистором 510 Ом. Уменьшение номинала этого резистора влечет увеличение тока через транзистор Q5 и рассеиваемой мощности на самом резисторе.

Решение добавить двухтактный каскад на выход транзистора Q5 мне показалось не лучшим вариантом, так как в моей схеме таких драйверов 6 (6 x 3 = 18 транзисторов на управление, многовато). Немного порассуждав, я пришел к такой схеме:

Чуть-чуть проще двухтактного каскада, и -6 (обычно) медленных pnp транзисторов, и +6 дешевых и распространненых импульсных диодов. Результат схема показала достойный, прекрасный задний фронт:

Немного теории, для массовки :)

Когда транзистор Q5 открывается положительным импульсом управления, он запирает транзистор Q2 и через диод заряжает затвор отрицательным (по отношению к истоку) потенциалом, который, собственно, является отпирающим для p-MOSFET. Когда транзистор Q5 закрывается отрицательным (нулевым напряжением) импульсом управления, диод D1 закрывается, а транзистор Q2 открывается через резистор R2. Через открытый транзистор Q2 на затвор приходит положительный потенциал, который очень быстро запирает полевик, так как ток ограничен только резистором в затворе.

Резистор R7, транзисторы Q5 и Q2 и диод D1 выбираем исходя из импульса тока затвора (точных рассчетов не знаю). Резистор R2 должен быть компромиссом между быстродействием ключа Q5 и током базы Q2 (что в итоге влияет на его быстродействие). Элементы C2 и R11 фактически не нужны, это форсировочная цепочка, ускоряют открытие и закрытие Q5. 

Схема само-собой применима для ключа n-типа, но в некоторых случаях выхода микроконтроллера достаточно для работы транзистора.

Данная схема инвертирует сигнал управления!

Всем спасибо за внимание.

Все вопросы в Форум.