Подача импульсов высокого напряжения в цепь питания

[Boris SEM]

Всех приветствую!

В рамках проведения испытаний некоторого электронного модуля на воздействие импульсов высокого напряжения по цепи питания, я разработал схему на Р-канальном транзисторе, управляемым N-канальным транзистором.
Схема должна давать импульсы высокого напряжения в цепь питания 27 В, при активной работе испытуемого электронного модуля. Период и длительность импульсов - задается генератором.
Основная идея заключалась в управлении положительным потенциалом высокого напряжения.

Была собрана схема представленная во вложении.

Схема работает, однако у меня закрались следующие сомнения:

1) Не пробьется ли затвор транзистора Q2? И если должен пробиться - он не пробился, почему?
2) Какая альтернативная схема могла бы подойти для решения такой задачи?
3) Насколько важны диоды Шоттки в цепи высокого напряжения нужны в таких случаях? Данный диод ставился с целью защиты персонала от поражения током в момент подключения данной схемы к источникам питания.

[mickbell]

1. Непременно пробьётся, странно, что это не случилось сразу. 100-омный резистор не обязателен, а в сток Q1 надо поставить резистор, чтобы он образовывал делитель вместе с 10-килоомным резистором, который неплохо бы зашунтировать стабилитроном вольт на 15.
2. См. ГОСТы на такие испытания. Номера не скажу, самому надо искать. Вообще-то такого рода испытания (не касается предварительных, для себя) полагается делать по существующим стандартам.
3. У шотток быстрее время закрывания и меньше падение, чем у обычных диодов, здесь это несущественно. Только непонятно, как эти диоды кого-то защитят от поражения электрическим током (речь идёт о тех, что на схеме слева).
4. А вы, случаем, не попутали сток с истоком у Q2?

[Муркиз]

А, как в редакторе был затвор изображён, так и вставил...

Но меры защиты схемы от попадания высокого напряжения и меры защиты персонала при работе с данным прибором - они , грубо говоря, совсем из другой оперы. И защиту для этого нужно обеспечивать по исполнительным выходам, да и входам, этого прибора.

Мало ли, таракан или мышь залезет внутрь и закоротит там сеть на выход...

В данном случае я имею конструкторскую защиту помимо требований нормативных документов ПУБЕЛ.

[mickbell]

[uquote="Муркиз",url="/forum/viewtopic.php?p=4660598#p4660598"]А, как в редакторе был затвор изображён, так и вставил...[/uquote]Затвор, кстати, изображён правильно, напротив истока, а не как в кривом УГО, которое нередко попадается. Если он действительно так подключил мосфет, то его внутренний диод всегда открыт, и о какой коммутации тогда может идти речь? Если подключил правильно, как полагается (IRF9640 действительно P-канальный), то непонятно, как его затвор не пробило ста вольтами. Если там N-канальный и подключен так, как нарисовано, истоковым повторителем, то затвор может и не пробить, и коммутация будет, но так не делается, да и управление потребуется инвертировать.

[BOB51]

Если для себя и проверки на стабильность работы самоделки...
Так достаточно обычной газовой зажигалки (для печек/колонок).
Просто запустить искру (или серию разрядов) в шинку питания/ проверяемого сигнала....

[mickbell]

Мелочь. Я себе делал источник помех из бобины от Москвича 412, плёночного конденсатора 1 мкФ 400 В, диода 1N4007, кнопки, переключающей конденсатор на первичную обмотку бобины и отключающей его от сети (через диод) и, понятно, регулируемого воздушного разрядника на вторичной. Вот это звэр-машина, хуже собаки. Выжжет всё, если прямо подать.

[BOB51]

Так задача ж не выжечь, а только малость "оглушить".
Данные в ОЗУ на раз отшибает!

[mickbell]

Ну так я и не подавал прямо никуда. Маленький дипольчик, надо расположить его неподалёку от проверяемого девайса, таким образом ничего не выжигается, а энергию излучения можно регулировать длиной искрового промежутка.

[BOB51]

А я напрямую в шинки питания "стрелял" - проверка устойчивости имитатора поджига/контроля колонки.
МК то жив остается,но все данные из оперативки напрочь сносит.

[Boris SEM]

Благодарю всех за быстрый ответ!

Даю уточнения и комментарии:

Схема смонтирована правильно и действительно работает, признаю, что неправильно нарисовал Q2 Р-канальный транзистор.
Привожу актуальную схему:


Полагаю, в данной схеме действительно вопрос времени, когда пробьет Р-канальный транзистор. Добавлять делитель - в принципе возможно, но его параметры сложно подобрать для такого размаха напряжений.
Я не совсем понимаю. как стабилитрон поможет в данном случае. Прошу пояснить на примере схемы.

Диоды Шоттки слева, на входе напряжения 70-100В должны защитить от протекания тока/короткого замыкания в момент подключения к 70-100В при уже подключенных 27В т.к. у Р-канального транзистора имеется диод.

Схема должна проводить воздействия повторяющихся импульсов высокого напряжения в довольно продолжительном интервале времени (60 минут). Предполагается также испытывать электронный модуль в условиях повышенной/пониженной температурах (схема управления импульсами остается в НКУ).
Временные параметры импульсов высокого напряжения - задаются генератором сигналов прямоугольной формы (из-за требования по скорости нарастания напряжения <50 нс).

Я дополнительно рассматриваю вариант с драйвером верхнего плеча на N-канальном транзисторе, но меня смущает, что у таких драйверов достаточно большие времена нарастания и спада. Я ориентируюсь на времена <50 нс. Если существуют такие драйвера - кто с такими сталкивался? Какие можете посоветовать для указанных напряжений?

Нашел относительно приемлемый вариант: https://static.chipdip.ru/lib/441/DOC011441112.pdf
У кого был опыт использования этого драйвера?

[mickbell]

Если надо быстро открывать-закрывать мосфет, то я порекомендую оптодрайвер вроде IX3120, или 3120 любого производителя. Иначе ни о каких наносекундах даже не мечтайте. Затвор будет разряжаться на 10-килоомный резистор раз в тысячу медленнее, чем вы хотите. Вторичную часть оптодрайвера, понятно, придётся запитать от DC/DC, можно маломощного, но обязательно с керамикой, лучше SMD, порядка 1 мкФ на выходе.
О стабилитроне. Если ставить 3120, он вам не понадобится, но раз вопрос задан... Ставится он параллельно резистору 10 кОм, то есть между затвором и истоком, и своей тушкой ограничивает напряжение затвор - исток. Но для этого между коллектором и затвором нужен дополнительный резистор, на котором упадёт остальное напряжение.

[AlexS4]

питание необязательно, разряжать затвор можно плечем самодельного драйвера на транзисторе,

и кстати если импульсы с длительностью не больше заданной - можно сделать бутстрепное питание затвора и применить силовой n-FET.
и применить специальные бутстрепные драйверы вроде irf2101 итп.

да, затворы иногда держат во многие разы большее напряжение, также как и скажем керамические конденсаторы, но надеяться на то что так будет на разных экземплярах транзисторов и при широком диапазоне температур и долго - нестоит

Полагаю, в данной схеме действительно вопрос времени, когда пробьет Р-канальный транзистор. Добавлять делитель - в принципе возможно, но его параметры сложно подобрать для такого размаха напряжений.
Я не совсем понимаю. как стабилитрон поможет в данном случае. Прошу пояснить на примере схемы.

а в чем проблема?
если например питание 60-100V, напряжение на затворе для полного открытия скажем 12V max и допустимое 20V то нужен делитель питания 1:5

а с помощью стабилитрона между затвором и истоком можно сделать существенно более широкий диапазон питания.

но, как уже сказал mickbell, основная проблема - быстрая зарядка и разрядка емкости затвора, это проблема не только в скорости эмулируемого импульса но и в живучести силового FET (в транзишн состоянии на нем может выделяться огромная энергия)

[Boris SEM]

Если надо быстро открывать-закрывать мосфет, то я порекомендую оптодрайвер вроде IX3120, или 3120 любого производителя. Иначе ни о каких наносекундах даже не мечтайте. Затвор будет разряжаться на 10-килоомный резистор раз в тысячу медленнее, чем вы хотите. Вторичную часть оптодрайвера, понятно, придётся запитать от DC/DC, можно маломощного, но обязательно с керамикой, лучше SMD, порядка 1 мкФ на выходе.
О стабилитроне. Если ставить 3120, он вам не понадобится, но раз вопрос задан... Ставится он параллельно резистору 10 кОм, то есть между затвором и истоком, и своей тушкой ограничивает напряжение затвор - исток. Но для этого между коллектором и затвором нужен дополнительный резистор, на котором упадёт остальное напряжение.

Попробую рассмотреть предложенный Вами вариант.

Касательно быстрой разрядки затвора, я нашел такое решение:


Тут используется диод для разрядки затвора. Я пока попробую поставить тот, что нарисован, но смотрю в сторону этого: US1M-E3/61T https://www.chipdip.ru/product/us1m-e3-61t
Как впрочем хочу попробовать собрать такую схему.

[mickbell]

Диод не нужен, это анахронизьм, я считаю. Раньше такими диодами формировали мёртвое время в (полу)мостовых схемах, сейчас его делают сами драйвера. Резистор 10 Ом мало влияет на переключение, можно его диодом и вовсе не шунтировать.
Бутстрепное питание в таком виде работать не будет, и весь драйвер тоже. Как вы собираетесь заряжать конденсаторы 10 мкФ и 0.1 мкФ - которые, собственно, и питают верхний драйвер?

[diplodok]

Набросал по-быстрому. Схему не делал.

Boris SEM_1.png

(57.26 КБ) 59 скачиваний

[Boris SEM]

[uquote="mickbell",url="/forum/viewtopic.php?p=4661053#p4661053"]Диод не нужен, это анахронизьм, я считаю. Раньше такими диодами формировали мёртвое время в (полу)мостовых схемах, сейчас его делают сами драйвера. Резистор 10 Ом мало влияет на переключение, можно его диодом и вовсе не шунтировать.
Бутстрепное питание в таком виде работать не будет, и весь драйвер тоже. Как вы собираетесь заряжать конденсаторы 10 мкФ и 0.1 мкФ - которые, собственно, и питают верхний драйвер?[/uquote]

Судя по документации драйвер IR2117BPF включается подобным образом. Нижнего плеча - не предусмотрено. Разве заряд конденсаторов не проходит через Vb b Vs и транзистор таким образом не будет открываться?

Добавлено after 8 minutes 10 seconds:
[uquote="diplodok",url="/forum/viewtopic.php?p=4661075#p4661075"]
Набросал по-быстрому. Схему не делал.

Boris SEM_1.png

[/uquote]

Как вариант - вполне интересный. На 100 В можете попробовать прогнать в симуляторе?

[AlexS4]

Boris SEM, чтоб работала бутстрепная накачка - исток верхнего ключа должен присаживаться на 0V, иначе через диод накачки ничего не потечет.
(ну или Vcc драйвера должно быть на 10-13V больше минимального напряжения на истоке верхнего ключа)


а какие у вас длительности импульсов?, возможно проще сделалать чтото вроде того что предлагает diplodok

[diplodok]

100V

Boris SEM_2.png

(46.55 КБ) 53 скачивания

Здесь ограничение по макс напр., мощность транзисторов. Можно/нужно подбирать R2.
На место BF422 - KT940

[Boris SEM]

[uquote="mickbell",url="/forum/viewtopic.php?p=4661053#p4661053"]Диод не нужен, это анахронизьм, я считаю. Раньше такими диодами формировали мёртвое время в (полу)мостовых схемах, сейчас его делают сами драйвера. Резистор 10 Ом мало влияет на переключение, можно его диодом и вовсе не шунтировать.
Бутстрепное питание в таком виде работать не будет, и весь драйвер тоже. Как вы собираетесь заряжать конденсаторы 10 мкФ и 0.1 мкФ - которые, собственно, и питают верхний драйвер?[/uquote]

например как здесь:

[AlexS4]

Boris SEM, я же выше написал...
в вашем примере нагрузка не подпитывается в обход ключа и соответственно засаживается в 0V при закрытии ключа, что и создает условия для зарядки бутстрепного конденсатора до почти Vcc (нижнего питания) драйвера


можете например сделать приемлемый мощный нагрузочный резистор (скажем 5k) который будет засаживать ваш верхний ключ к 0V
(и обеспечивающий зарядку Сb)

а уже с этого резистора - шоттки диод инжектирующий помеху в питание устройства постоянно питающегося от некогнго напряжения.