三極管推挽電路設(shè)計(jì)

當(dāng)驅(qū)動(dòng)光耦的輸出能力無法滿足IGBT門極驅(qū)動(dòng)電流的要求時(shí)，要選擇使用推挽驅(qū)動(dòng)。

（1） IGBT門極峰值電流計(jì)算

參考英飛凌的應(yīng)用手冊(cè)，IGBT門極峰值電流

Imax=0.74*△VGE/（Rg+Rint）

△VGE為IGBT驅(qū)動(dòng)電壓變化量，Rg為外加門極電阻，Rint為門極內(nèi)部電阻，0.74為考慮到驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻和引線電感而設(shè)置的校正系數(shù)。

假設(shè)IGBT在開通和關(guān)斷的過程中，門極等效電容Cge恒定。 對(duì)于IGBT門極回路可列出微分方程

Ld2iG（t）/dt2+RdiG（t）/dt+1/CGE*iG（t）=0

求解方程(4)得到Imax的表達(dá)式(5)，其中e為2.71828。

Imax=2*△VGE/（eR）≈0.74△VGE/R

其中L為門極驅(qū)動(dòng)回路的雜散電感，R為驅(qū)動(dòng)電阻總和，包括Rg和Rint，iG(t)為隨時(shí)間變化的門極電流。

注意事項(xiàng)：

1、在計(jì)算門極峰值電流時(shí)，理論值往往比實(shí)測(cè)值大，這是由于驅(qū)動(dòng)回路雜散電感導(dǎo)致的；

2、外加門極電容越大，開通、關(guān)斷時(shí)門極峰值電流越大；

3、對(duì)于驅(qū)動(dòng)推挽電路沒有直接安裝在IGBT上面、推挽后級(jí)有驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)線的應(yīng)用，在外加門極電容的情況下，門極峰值電流實(shí)測(cè)值和理論值相差得大一些。

（2）三極管推挽電路組成及優(yōu)缺點(diǎn)

常見的用三極管構(gòu)成的推動(dòng)級(jí)電路如圖所示，上管用NPN三極管，下管用PNP三極管，組成推挽放大電路。

優(yōu)點(diǎn)：正邏輯，簡(jiǎn)單，非常容易用。

缺點(diǎn)：

1、飽和導(dǎo)通時(shí)有0.7V的飽和壓降；在做驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)時(shí)，損耗較大，在開關(guān)頻率較高時(shí)，發(fā)熱尤其明顯；

2、在峰值驅(qū)動(dòng)電流較大時(shí)，三極管的CE電壓降變得較高，因此為了保證門極電壓為15V，電源電壓需要設(shè)計(jì)為17V~18V；

3、三極管響應(yīng)速度慢，基極到發(fā)射極的相響時(shí)間稍長(zhǎng)，在做有源鉗位的反饋通道時(shí)，顯得有點(diǎn)慢；

4、三極管的基極電流會(huì)受IGBT門極充電電壓的影響；

5、三極管的增益隨著電流的變化而變化。

三極管推挽電路存在兩種情況：輸出端分開、輸出端連接在一起的情況，如下圖3所示，在圖3(b)中，可在開通或關(guān)斷電阻所在支路串聯(lián)二極管，從而使開通或關(guān)斷電阻阻值不同。

推挽輸出端連在一起時(shí)，推挽三極管承受的反壓較??； 推挽輸出端分開時(shí)，推挽三極管承受的反壓較大，反壓主要是由開關(guān)電流在驅(qū)動(dòng)電阻上的壓降形成的。

（3） 推挽三極管的選型

① 推挽三極管的集射極電壓VCEO

推挽三極管的集射極電壓VCEO的80%大于驅(qū)動(dòng)總電源Vcc+Vee。

②推挽三極管的集電極電流峰值Icm

集電極電流峰值Icm要大于IGBT門極峰值電流Ipeak，但要保證三極管增益曲線中Ipeak所對(duì)應(yīng)的hFE大于50（建議值）。

③推挽三極管基極電阻的選擇

推挽三極管基極電阻的選擇步驟：

1、計(jì)算門極峰值電流Ipeak；

2、查三極管的增益曲線，找出Ipeak所對(duì)應(yīng)的hFE；

3、計(jì)算基極電流Ib；

Ib=Ipeak /hFE

4、計(jì)算基極電阻，其中△VGE為IGBT驅(qū)動(dòng)電壓變化量，所選擇的基極電阻應(yīng)小于該阻值。

Rb=△VGE/Ib

注：應(yīng)對(duì)NPN和PNP三極管分別計(jì)算基極電阻，若兩個(gè)三極管的基極電阻共用，應(yīng)選擇較小的基極電阻。

注意事項(xiàng)：

1、 若減小推挽三極管的基極電阻，則開通時(shí)IGBT的門極電壓會(huì)偏高；

2、 無論基極門極電阻、三極管增益如何變化，IGBT關(guān)斷特性與反向恢復(fù)能量基本不變；

3、 對(duì)于某一類增益確定的三極管，隨著基極電阻的增大，開通延時(shí)、上升時(shí)間、開通損耗等增加，開通di/dt、du/dt、反向恢復(fù)du/dt減小；

4、 若基極電阻固定，增益越大的三極管，相應(yīng)的IGBT損耗越小，但當(dāng)基極電阻小到一定值后，兩種增益三極管的開通損耗基本相等；

5、驅(qū)動(dòng)推挽器件布線時(shí)的注意事項(xiàng)

① 一般推挽器件發(fā)熱嚴(yán)重，應(yīng)盡量增大鋪銅面積；

②若推挽器件采用直插封裝，建議使用散熱器進(jìn)行散熱；

③ 若條件允許，可以在推挽器件所在PCB板的另一面也鋪銅，通過通孔連接，以改善散熱。