"Токовый хвост pnp транзистора" Опции

[Payalnichek]

Есть вот такая нехитрая задача: отключать + питания от нагрузки при помощи микроконтроллера.
У меня мигом в голову пришла схема из двух транзисторов, которую я привожу ниже.


Поясню: коммутируемое напряжение +150 вольт, ток от 1 до 50 мА (зависит от нагрузки). Нагрузка располагается между землей и коллектором pnp транзистора. Линия STIM_EN - выход буферного усилителя, управляемого микроконтроллером. Оба транзистора - комплементраная пара, высоковольтные (300 вольт), скоростные (до 50 МГц).
А теперь самое интересное: подавать импульсы на нагрузку нужно длительностью 100 мкс. И все бы было хорошо, да вот только pnp транзистор открывается очень хорошо, а вот закрывается после 100 мкс импульса еще 1мс. То есть на осциллографе видно "хвост", который тянется 1мс, затухая по экспоненте, что недопустимо. В идеале хотелось бы иметь одинаковые фронты не превышающие 10 мкс каждый.

Так вот, вопрос: есть ли какие-либо меры по борьбе с этим хвостом?
Или может посоветуете какую-нибудь другую хитрую схему (прошу схемы, типа драйвер верхнего уровня или еще хуже преобразователь отдельный поставить и прилипить к + питания IGBT или MOSFET не предлагать, так как места на плате очень мало и хотелось бы получить простую, надежную и маленькую по площади на плате схему)?

Заранее спасибо.

[Jurenja]

Есть подозрение что оба транзистора при включении находятся в режиме глубокого насыщения.
Какой ток втекает в базу транзистора VT4 во включенном состоянии? Резистор R26 имхо слишком низкого номинала.
Ускорить выход из насыщения обоих транзисторов можно если добавить в цепь их эмиттеров резисторы (падение напряжение 100...200 мВ во включенном состоянии) и зашунтировать их немаленькими емкостями.

[kovigor]

То есть на осциллографе видно "хвост", который тянется 1мс, затухая по экспоненте, что недопустимо.

Так может, у вас конденсатор в нагрузке ? Транзистор давно закрыт, а конденсатор удерживает на себе заряд.
И почему вы решили, что именно этот транзистор медленно закрывается ? Может, это NPN - транзистор виноват ? Хотя версия с конденсатором в нагрузке мне представляется куда более вероятной ...

[Timmy]

Чтобы не давать транзистору(bc847) насыщаться, я включал диод шоттки между коллектором и базой. Когда напряжение коллектора опускается ниже базы, диод открывается и отсасывает в коллектор весь "лишний" ток из базы, создавая вместо насыщения глубокую отрицательную ОС. На большой мощности может потребоваться ещё диод последовательно с базой, так как напряжение насыщения коллектора повыше.

[AnatolyT]

Если эта схема не управляет емкостной нагрузкой, что наиболее вероятно, можно попробовать применить каскодную схему, добавить еще один npn транзистор в цепь коллектора VT4 вместо R25, смещение на его базе сформировать с помощью резистивного делителя.

[Plain]

Само собой, в нагрузке упорно замалчиваемый конденсатор, потому что у предъявленной схемы даже близко нет заявленных 1000 мкс:

[domowoj]

Можно форсировать процесс дополнительным n-p-n транзистором,
т.е. квазидвухтактный выход.
Посмотрите, как сделан видеоусилитель в телевизорах 3УСЦТ.

[iosifk]

Есть вот такая нехитрая задача: отключать + питания от нагрузки при помощи микроконтроллера.

Так вот, вопрос: есть ли какие-либо меры по борьбе с этим хвостом?
Или может посоветуете какую-нибудь другую хитрую схему (прошу схемы, типа драйвер верхнего уровня или еще хуже преобразователь отдельный поставить и прилипить к + питания IGBT или MOSFET не предлагать, так как места на плате очень мало и хотелось бы получить простую, надежную и маленькую по площади на плате схему)?

Заранее спасибо.

А все дело в том, что npn транзистор у Вас неправильно включен и он плохо запирается, если вообще не до конца запирается.

Значит надо сделать немного по-другому. От питания контроллера сделать делитель и к нему подключить базу нижнего транзистора. А его эмиттер через резистор - на микроконтроллер. Тогда нижний транзистор точно будет хорошо закрываться... Еще можно между БЭ поставить резистор...
А для верхнего, если там ток небольшой, то можно убрать режим насыщения. Для этого с Б на К ставится диод. И когда происходит насыщение, ток из базы забирается диодом...

И есть еще вариант, но он хуже чем предыдущий...
А еще можно в Вашу схему в Э npn транзистора поставить диод в прямом направлении и его запитать от питания микроконтроллера через резистор. Тогда npn транзистор получит подпор в 1 вольт и будет хорошо запираться...

И если верхний транзистор будет медленно запираться, то можно сделать еще такой каскад и к верхнему транзистору второй верхний подключить между БЭ, чтобы он быстро запирал первый верхний...

Если есть вопросы - то по скайпу...

[Alexashka]

Для разряда емкости нагрузки можно сделать так как на нижней схеме.


Да, по симуляции верхний транзистор закрывается быстро (пара сотен наносекунд). В модельке MMBTA92 прописано емкость коллекторного перехода 10пФ, эмиттерного - 39пФ.

[iosifk]

Да, по симуляции верхний транзистор закрывается быстро (пара сотен наносекунд). В модельке MMBTA92 прописано емкость коллекторного перехода 10пФ, эмиттерного - 39пФ.

Симуляция - немного не так. Управляющий импульс до нуля никогда не спадает, а потому нижний транзистор никогда не закроется...

[Alexashka]

Увеличение "нуля" До 0,64В никак не влияет на работу ключей, при дальнейшем увеличении верхняя схема перестает закрываться, а нижняя работает нормально.
Возможно модельки транзисторов не совсем честные и на практике все немного хуже, но спад на проотяжении 1000мкс это както через чур для процессов рассасывания заряда в базе

[Myron]

Убрал свое ошибочное замечание. Спасибо domowoj.

[domowoj]

На нижней схеме напряжение База-Эм у Х8 будет много больше -5В

Оно определяется прямым падением на диоде Д2.
Как оно может быть много больше -5В?

Сообщение отредактировал domowoj - Oct 6 2014, 01:27

[Myron]

Оно определяется прямым падением на диоде Д2. Как оно может быть много больше -5В?

Тут должен согласиться. Свое замечание убрал. Спасибо.

[SM]

Вот еще вариант решения задачи (если я ее правильно понял - про "токовый хвост" - надо быстро закрыть верхний ключ, разрядив емкость со стороны базы VT1, быстро выведя его из состояния насыщения, а не разрядить емкость нагрузки, иначе бы речь щла о "хвосте напряжения"):



Транзисторы Q10 и Q12 - bc856a/bc846a - замените на pmbta/mmbta
Q9 - BC847A
D10 - обычный любой диод, не шоттки, навроде LL4148

номиналы были рассчитаны исходя из задачи - крайне дешовый малопотребляющий импульсный ключевой преобразователь с входным напряжением порядка 40-60V, так что под Ваши скорости нарастаний и спадов, возможно, нужны коррективы. Да и в связи с заменой транзисторов - у них уменьшится h21э

UPD: Если еще надо и разрядить емкость нагрузки, то этим, вторым, ключом, логично управлять напрямую от микроконтроллера, а не мудрить с псевдодвухтактником.

UPD2:
Схема давно работает в большой серии, то есть, не только в модели.

PS
Сорри за нумерацию компонентов, это вырезка из большой модели.