電力晶體管GTR的驅(qū)動電路

GTR的驅(qū)動電路的重要性

驅(qū)動電路性能不好，輕則使GTR不能正常工作，重則導致GTR損壞。其特性是決定電流上升率和動態(tài)飽和壓降大小的重要因素之一。增加基極驅(qū)動電流使電流上升率增大，使GTR飽和壓降降低，從而減小開通損耗。過大的驅(qū)動電流，使GTR飽和過深，退出飽和時間越長，對開關過程和減小關斷損耗越不利。驅(qū)動電路是否具有快速保護功能，是決定GTR在過電壓或過電流后是否損壞的關鍵因素之一。

1、 GTR驅(qū)動電路的設計要求

GTR基極驅(qū)動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，過驅(qū)動加速開通，減少開通損耗，但對關斷不利，增加了關斷損耗。驅(qū)動電路有無快速保護功能，則是GTR在過壓、過流后是否損壞的重要條件。GTR的熱容量小，過載能力差，采用快速熔斷器和過電流繼電器是根本無法保護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的方法進行保護。這就將保護措施轉化成如何及時準確地測到故障狀態(tài)和如何快速可靠地封鎖基極驅(qū)動信號這2個方面的問題。

（1） 設計基極驅(qū)動電路考慮的因素

設計基極驅(qū)動電路必須考慮的3個方面：優(yōu)化驅(qū)動特性、驅(qū)動方式和自動快速保護功能。

① 優(yōu)化驅(qū)動特性

優(yōu)化驅(qū)動特性就是以理想的基極驅(qū)動電流波形去控制器件的開關過程，保證較高的開關速度，減少開關損耗。優(yōu)化的基極驅(qū)動電流波形與GTO門極驅(qū)動電流波形相似。

② 驅(qū)動方式

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

③ 自動快速保護功能

在故障情況下，為了實現(xiàn)快速自動切斷基極驅(qū)動信號以免GTR遭到損壞，必須采用快速保護措施。保護的類型一般有抗飽和、退抗飽和、過流、過壓、過熱和脈沖限制等。

（2） 基極驅(qū)動電路

GTR的基極驅(qū)動電路有恒流驅(qū)動電路、抗飽和驅(qū)動電路、固定反偏互補驅(qū)動電路、比例驅(qū)動電路、集成化驅(qū)動電路等多種形式。恒流驅(qū)動電路是指其使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)動電路也稱為貝克箝位電路，其作用是讓GTR開通時處于準飽和狀態(tài)，使其不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)，關斷時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗。固定反偏互補驅(qū)動電路是由具有正、負雙電源供電的互補輸出電路構成的，當電路輸出為正時，GTR導通；當電路輸出為負時，發(fā)射結反偏，基區(qū)中的過剩載流子被迅速抽出，管子迅速關斷。比例驅(qū)動電路是使GTR的基極電流正比于集電極電流的變化，保證在不同負載情況下，器件的飽和深度基本相同。集成化驅(qū)動電路克服了上述電路元件多、電路復雜、穩(wěn)定性差、使用不方便等缺點。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)動電路種類很多，下面介紹一種分立元件GTR的驅(qū)動電路，如圖5所示。電路由電氣隔離和晶體管放大電路兩部分構成。電路中的二極管VD2和電位補償二極管VD3組成貝克箝位抗飽和電路，可使GTR導通時處于臨界飽和狀態(tài)。當負載輕時，如果V5的發(fā)射極電流全部注入V，會使V過飽和，關斷時退飽和時間延長。有了貝克電路后，當V過飽和使得集電極電位低于基極電位時，VD2就會自動導通，使得多余的驅(qū)動電流流入集電極，維持Ubc≈0。這樣，就使得V導通時始終處于臨界飽和。圖中的C2為加速開通過程的電容，開通時，R5被C2短路。這樣就可以實現(xiàn)驅(qū)動電流的過沖，同時增加前沿的陡度，加快開通。另外，在V5導通時C2充電，充電的極性為左正右負，為GTR的關斷做做準備。當V5截止V6導通時，C2上的充電電壓為V管的發(fā)射結施加反電壓，從而GTR迅速關斷。

②GTR集成驅(qū)動電路種類很多，下面簡單介紹幾種情況：

HL202是國產(chǎn)雙列直插、20引腳GTR集成驅(qū)動電路，內(nèi)有微分變壓器實現(xiàn)信號隔離，貝克箝位退飽和、負電源欠壓保護。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100A以下GTR。

UAA4003是雙列直插、16引腳GTR集成驅(qū)動電路，可以對被驅(qū)動的GTR實現(xiàn)最優(yōu)驅(qū)動和完善保護，保證GTR運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)動電路，單電源自生負偏壓工作，可以驅(qū)動50A，1000V以下的GTR模塊一個單元；外加功率放大可以驅(qū)動75~400A以上GTR模塊。