На сегодняшний день на рынке электроники стали более заметны случаи появления поддельных МДП-транзисторов. Поэтому актуальной задачей является входной контроль основных параметров этих полупроводниковых приборов, например, напряжение пробоя. Механизм пробоя полевого транзистора можно объяснить возникновением лавинного процесса в переходе затвор — канал. Обратное напряжение диода затвор — канал изменяется вдоль длины затвора, достигая максимального значения у стокового конца канала. Именно здесь происходит пробой полевого транзистора. Если выводы стока и истока поменять местами, то пробивное напряжение почти не изменится.
Сам метод определения напряжения пробоя основан на использовании высоковольтного источника напряжения с ограничением тока пробоя безопасной величиной [1]. В работе рассматривается вариант построения источника, который обеспечивает выходное напряжение до 500 В и ограничивает ток пробоя на уровне 250 мкА (рис.1).
Рис. 1. Модель измерения напряжения пробоя
Для создания основы высоковольтного источника напряжения можно использовать повышающий преобразователь напряжения. Самым рациональным и распространенным вариантом является обратноходовой преобразователь напряжения. Данное схемотехническое решение используется в схемах зажигания, заряда конденсаторов вспышек или, например, дефибраторов. Отличием разрабатываемого устройства от стандартного преобразователя является наличие ограничение выходного тока в случае возникновения пробоя. Это ограничение реализовано цепью обратной связи, отслеживающей падение напряжения на резисторе R4 (рис.2).
Рис. 2. Функциональная схема высоковольтного источника напряжения
Резистор R3 ограничивает выходной ток источника на безопасном для человека уровне и служит для обеспечения электробезопасности при работе с прибором. Диод VD4 является защитным и ограничивает выходное напряжение источника, а также служит дополнительной мерой безопасности. Резистор R2 разряжает конденсатор С1 после выключения прибора.
Работоспособность такого алгоритма управления проверялась в программе Micro-Cap [2]. Преобразователь работает в режиме прерывистых токов (рис. 3). Алгоритм расчета накопительного дросселя приведен в [3].
Рис. 3. Временные диаграммы работы преобразователя: а — напряжение на выходе V(Out) и напряжение на накопительном конденсаторе V(C1); б — ток первичной обмотки трансформатора I(W1); в — ток через датчик тока I(R4)
На начальном этапе преобразователь работает с постоянным коэффициентом заполнения D=0.8 (рис. 4). Импульсы управления силовым ключом при этом формируются компаратором DA1 в интервалы времени, когда пилообразное напряжение V(G1), поступающее на неинвертирующий вход компаратора больше, чем пороговое напряжение (напряжение на инвертирующем входе V(R1)). На этом этапе это напряжение задается источником опорного напряжения V1. Далее при пробое защитного диода VD4 напряжение на датчике тока R4 начинает расти, что в свою очередь вызывает рост напряжения на инвертирующем входе V(R1), и при превышении напряжения опорного источника V1 ширина управляющих импульсов уменьшается до тех пор, пока напряжение V(R1) не установится на том уровне, при котором ток через датчик стабилизирован и равен 250 мкА.
Рис. 4. Временные диаграммы работы системы управления: a — напряжение с генератора V(G1) и напряжение на инвертирующем входе компаратора V(R1); б — сигнал с выхода компаратора Vout (DA1)
Алгоритм работы ШИМ в этой схеме является типичным для подобных устройств, поэтому для создания этого высоковольтного источника можно применять стандартные решения для схем управления ключевым элементом. В частности, схему управления можно реализовать на любом ШИМ-контроллере с коэффициент заполнения больше 0.5.
Литература:
- AN-975B. Измерение характеристик МОП-транзистора // International Rectifier/
- Амелина М. А., Амелин С. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap. Версии 9, 10. [Электронный ресурс]: учеб. пособие / Амелина М. А., Амелин С.А — Электрон. текстовые дан. — СПб.: Лань, 2014. — 632 с. Режим доступа: URL http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=53665
- Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование.: Пер. с англ. — К.: «МК-Пресс», 2007. 288 с.
