電力晶體管GTR的驅(qū)動(dòng)電路

GTR的驅(qū)動(dòng)電路的重要性

驅(qū)動(dòng)電路性能不好，輕則使GTR不能正常工作，重則導(dǎo)致GTR損壞。其特性是決定電流上升率和動(dòng)態(tài)飽和壓降大小的重要因素之一。增加基極驅(qū)動(dòng)電流使電流上升率增大，使GTR飽和壓降降低，從而減小開(kāi)通損耗。過(guò)大的驅(qū)動(dòng)電流，使GTR飽和過(guò)深，退出飽和時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)開(kāi)關(guān)過(guò)程和減小關(guān)斷損耗越不利。驅(qū)動(dòng)電路是否具有快速保護(hù)功能，是決定GTR在過(guò)電壓或過(guò)電流后是否損壞的關(guān)鍵因素之一。

1、 GTR驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求

GTR基極驅(qū)動(dòng)方式直接影響其工作狀態(tài)，可使某些特性參數(shù)得到改善或變壞，例如，過(guò)驅(qū)動(dòng)加速開(kāi)通，減少開(kāi)通損耗，但對(duì)關(guān)斷不利，增加了關(guān)斷損耗。驅(qū)動(dòng)電路有無(wú)快速保護(hù)功能，則是GTR在過(guò)壓、過(guò)流后是否損壞的重要條件。GTR的熱容量小，過(guò)載能力差，采用快速熔斷器和過(guò)電流繼電器是根本無(wú)法保護(hù)GTR的。因此，不再用切斷主電路的方法，而是采用快速切斷基極控制信號(hào)的方法進(jìn)行保護(hù)。這就將保護(hù)措施轉(zhuǎn)化成如何及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)到故障狀態(tài)和如何快速可靠地封鎖基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)這2個(gè)方面的問(wèn)題。

（1） 設(shè)計(jì)基極驅(qū)動(dòng)電路考慮的因素

設(shè)計(jì)基極驅(qū)動(dòng)電路必須考慮的3個(gè)方面：優(yōu)化驅(qū)動(dòng)特性、驅(qū)動(dòng)方式和自動(dòng)快速保護(hù)功能。

① 優(yōu)化驅(qū)動(dòng)特性

優(yōu)化驅(qū)動(dòng)特性就是以理想的基極驅(qū)動(dòng)電流波形去控制器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，保證較高的開(kāi)關(guān)速度，減少開(kāi)關(guān)損耗。優(yōu)化的基極驅(qū)動(dòng)電流波形與GTO門極驅(qū)動(dòng)電流波形相似。

② 驅(qū)動(dòng)方式

驅(qū)動(dòng)方式按不同情況有不同的分類方法。在此處，驅(qū)動(dòng)方式是指驅(qū)動(dòng)電路與主電路之間的連接方式，它有直接和隔離2種驅(qū)動(dòng)方式：直接驅(qū)動(dòng)方式分為簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)、推挽驅(qū)動(dòng)和抗飽驅(qū)動(dòng)等形式；隔離驅(qū)動(dòng)方式分為光電隔離和電磁隔離形式。

③ 自動(dòng)快速保護(hù)功能

在故障情況下，為了實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)切斷基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)以免GTR遭到損壞，必須采用快速保護(hù)措施。保護(hù)的類型一般有抗飽和、退抗飽和、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱和脈沖限制等。

（2） 基極驅(qū)動(dòng)電路

GTR的基極驅(qū)動(dòng)電路有恒流驅(qū)動(dòng)電路、抗飽和驅(qū)動(dòng)電路、固定反偏互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路、比例驅(qū)動(dòng)電路、集成化驅(qū)動(dòng)電路等多種形式。恒流驅(qū)動(dòng)電路是指其使GTR的基極電流保持恒定，不隨集電極電流變化而變化?？癸柡万?qū)動(dòng)電路也稱為貝克箝位電路，其作用是讓GTR開(kāi)通時(shí)處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)，使其不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)，關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。固定反偏互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路是由具有正、負(fù)雙電源供電的互補(bǔ)輸出電路構(gòu)成的，當(dāng)電路輸出為正時(shí)，GTR導(dǎo)通；當(dāng)電路輸出為負(fù)時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，基區(qū)中的過(guò)剩載流子被迅速抽出，管子迅速關(guān)斷。比例驅(qū)動(dòng)電路是使GTR的基極電流正比于集電極電流的變化，保證在不同負(fù)載情況下，器件的飽和深度基本相同。集成化驅(qū)動(dòng)電路克服了上述電路元件多、電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差、使用不方便等缺點(diǎn)。具有代表性的器件是THOMSON公司的UAA4003和三菱公司的M57215BL。

①GTR的驅(qū)動(dòng)電路種類很多，下面介紹一種分立元件GTR的驅(qū)動(dòng)電路，如圖5所示。電路由電氣隔離和晶體管放大電路兩部分構(gòu)成。電路中的二極管VD2和電位補(bǔ)償二極管VD3組成貝克箝位抗飽和電路，可使GTR導(dǎo)通時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載輕時(shí)，如果V5的發(fā)射極電流全部注入V，會(huì)使V過(guò)飽和，關(guān)斷時(shí)退飽和時(shí)間延長(zhǎng)。有了貝克電路后，當(dāng)V過(guò)飽和使得集電極電位低于基極電位時(shí)，VD2就會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通，使得多余的驅(qū)動(dòng)電流流入集電極，維持Ubc≈0。這樣，就使得V導(dǎo)通時(shí)始終處于臨界飽和。圖中的C2為加速開(kāi)通過(guò)程的電容，開(kāi)通時(shí)，R5被C2短路。這樣就可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流的過(guò)沖，同時(shí)增加前沿的陡度，加快開(kāi)通。另外，在V5導(dǎo)通時(shí)C2充電，充電的極性為左正右負(fù)，為GTR的關(guān)斷做做準(zhǔn)備。當(dāng)V5截止V6導(dǎo)通時(shí)，C2上的充電電壓為V管的發(fā)射結(jié)施加反電壓，從而GTR迅速關(guān)斷。

②GTR集成驅(qū)動(dòng)電路種類很多，下面簡(jiǎn)單介紹幾種情況：

HL202是國(guó)產(chǎn)雙列直插、20引腳GTR集成驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)有微分變壓器實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離，貝克箝位退飽和、負(fù)電源欠壓保護(hù)。工作電源電壓+8~+10V和-5.5V~ -7V，最大輸出電流大于2.5A，可以驅(qū)動(dòng)100A以下GTR。

UAA4003是雙列直插、16引腳GTR集成驅(qū)動(dòng)電路，可以對(duì)被驅(qū)動(dòng)的GTR實(shí)現(xiàn)最優(yōu)驅(qū)動(dòng)和完善保護(hù)，保證GTR運(yùn)行于臨界飽和的理想狀態(tài)，自身具有PWM脈沖形成單元，特別適用于直流斬波器系統(tǒng)。

M57215BL是雙列直插、8引腳GTR集成驅(qū)動(dòng)電路，單電源自生負(fù)偏壓工作，可以驅(qū)動(dòng)50A，1000V以下的GTR模塊一個(gè)單元；外加功率放大可以驅(qū)動(dòng)75~400A以上GTR模塊。