MOSFET в обедненном режиме запускает импульсный источник питания

Gregory Mirsky

EDN

Многие импульсные источники питания содержат цепи начального запуска для инициализации их автономной работы. Это могут быть простые схемы, основанные на резисторах, как, например, IRIS4015, или более сложные, в которых используются биполярные транзисторы или MOSFET. Транзисторы обеспечивают начальным током микросхемы обратноходовых преобразователей или корректоров коэффициента мощности (ККМ). Когда такой источник начинает работать в нормальном режиме, микросхема ККМ продолжает получать питание от отдельной обмотки, снижая, тем самым, потребление энергии схемой начального запуска.

Такие схемы уменьшают потери мощности в цепях запуска, но не исключают их полностью, поскольку активными компонентами обычно являются высоковольтные биполярные транзисторы или высоковольтные MOSFET, работающие в режиме обогащения. Для нормальной работы базы или затворы этих транзисторов требуют прямого смещения относительно эмиттера или истока. Поэтому в цепях, удерживающих транзисторы в закрытом состоянии, всегда имеются потери мощности. К сожалению, инженеры обращают слишком мало внимания на обедненные MOSFET, которые не нуждаются в прямом смещении для поддержания нормальной работы, и кроме того, работают при потенциалах затворов более низких, чем потенциалы истоков. Эти ценные свойства обедненных MOSFET подходят для использования в цепях начального запуска источников питания, не имеющих потерь.

На Рисунке 1 показана традиционная схема ККМ, микросхема которой первоначально получает питание от выхода через обедненный MOSFET DN2470 (Q₂). Исток Q₂ питает микросхему ККМ IC₁ начальным током 10-15 мА или менее, что зависит от конкретного типа микросхемы. Кратковременное увеличение рассеиваемой мощности до 4-6 Вт не может навредить MOSFET, припаянному к медному полигону печатной платы. Но если, все же, вы беспокоитесь за здоровье транзистора, используйте IXTY02N50D, выпускаемый компанией IXYS. Резисторы R₃ и R₄ устанавливают рабочую точку транзистора Q₂ для получения минимального требуемого тока. Стабилитрон D₅ ограничивает примерно до 15 В входное напряжение 18 В микросхемы IC₁, которое обычно требуется для большинства ККМ и меньше значения, максимально допустимого для Q₂.

Рисунок 1.	Высоковольтный MOSFET, работающий в режиме обеднения, обеспечивает начальный запуск микросхемы ККМ. Во время нормальной работы MOSFET выключен и потребляет ничтожную мощность.

Когда IC₁ начинает работать нормально, напряжение питания микросхемы поступает от дополнительной обмотки дросселя ККМ (L), выпрямляемого и фильтруемого диодами D₁ и D₃ и конденсаторами C₁ и C₂. Транзистор Q₂ питает стабилитрон D₅ и микросхему IC₁ только в течение короткого интервала времени. Затем биполярный транзистор Q₃, получив базовый ток от диода D₂ через резистор R₅, открывается и замыкает затвор Q₂ на землю. Q₃ питается общим с микросхемой напряжением порядка 15 В – более чем достаточным для выключения Q₂. Остаточный тепловой ток от 10 до 20 мкА не приводит к существенным потерям мощности.