Усовершенствованная схема минимизации эффекта Миллера в корректоре коэффициента мощности

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2019

Gregory Mirsky

Electronic Design

В [1] каскодное соединение двух MOSFET помогло устранить эффект Миллера и значительно улучшить характеристики корректора коэффициента мощности (ККМ).

Напомним, что эффект Миллера – это очень большое увеличение кажущейся входной емкости транзистора, обусловленное отрицательной обратной связью с выхода транзистора на вход, когда транзистор используется в составе усилителя с высоким коэффициентом усиления. Усилитель с единичным усилением не имеет эффекта Миллера, хотя он может иметь огромную входную емкость и создавать такие эффекты, как искажения переднего и заднего фронтов, связанные с этой входной емкостью, и образование плато на графике зависимости заряда от напряжения.

Однако протестированная и опубликованная схема была более чем неидеальной по одной важной причине: входная емкость MOSFET верхнего каскада (C_GS), не имела надежного пути разряда. В описанной здесь усовершенствованной схеме этот недостаток устранен, и в статье представлена полностью жизнеспособная конструкция усовершенствованного каскодного ККМ. Номиналы и типы использованных компонентов указаны только в демонстрационных целях, и могут отличаться в зависимости от назначения проекта.

Каскодная схема ККМ построена на трех MOSFET: M1, M2 и M3 (Рисунок 1). Транзистора M3, служащего для разряда емкости CGS транзистора M2, в предыдущей схеме не было. Этот MOSFET значительно улучшает характеристики ККМ и при правильном управлении расширяет диапазон рабочих частот вверх.

Рисунок 1.	В эту усовершенствованную схему добавлен путь разряда для входной емкости верхнего MOSFET каскодной схемы, улучшающий характеристики ККМ.

P-канальный MOSFET должен управляться синфазно с транзистором M1. Здесь можно использовать недорогой низковольтный транзистор с умеренным значением сопротивления открытого канала. Источник постоянного напряжения V3 представляет 12-вольтовое смещение затвора M2 и должен быть блокирован керамическим конденсатором емкостью 10 мкФ. Лучше всего M1 и M3 работают тогда, когда управляются двухканальным драйвером MOSFET, таким как LTC1693-1 или аналогичным.

Важно сформировать правильные сигналы управления затворами M1 и M3 (Рисунок 2). Транзистор M3 должен выключаться раньше и включаться позже, чем M1, чтобы предотвратить прохождение сквозного тока от источника напряжения V3 через замкнутые транзисторы M3 и M1.

Рисунок 2.	Диаграммы напряжений, управляющих затворами M1 (синий) и M3 (зеленый), показывают относительные положения фронтов, необходимые для обеспечения правильной и надежной работы схемы. (По горизонтали: время, по вертикали: напряжения на затворах).

Две линии задержки, параметры которых зависят от используемых MOSFET, формируют управляющие напряжения для M1 и M3. Эти линии задержки построены на фильтрах нижних частот с одинаковыми схемами. Первая содержит резисторы R5 и R6, конденсаторы C1 и C2 и диод D2, вторая – R8, R9, C5, C6 и D1. Наилучшим вариантом будет драйвер MOSFET с триггерами Шмитта на входах.

Примером доступного интегрального ККМ может служить микросхема U2. Линия питания заменена источником питания V1, а диоды D4…D7 образуют сетевой выпрямитель. Здесь могут использоваться практически любые диоды, подходящие по допустимому напряжению и току.

Микросхема U2 формирует на резисторе R17 сигнал управления с широтно-импульсной модуляцией, который делится между двумя линиями задержки. Из-за разных задержек в каналах передний и задний фронты, проходя через линии задержки, задерживаются на разное время. Таким образом формируются напряжения управления затворами MOSFET M1 и M3 (Рисунок 2).