電力晶體管GTR的保護(hù)電路

電力晶體管也稱巨型晶體管（Giant?Transistor，簡稱GTR），這是一種雙極型大功率高反壓晶體管。它具有自關(guān)斷能力，并有開關(guān)時間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。近年來，由于GTR實(shí)現(xiàn)了高頻化、模塊化、廉價化，因此被廣泛用于交流電機(jī)調(diào)速、不停電電源和中頻電源等電力變流裝置中，并且將在中小功率應(yīng)用方面取代傳統(tǒng)的晶閘管。?

? ? ? ?驅(qū)動電路原理?

驅(qū)動電路種類繁多，復(fù)雜程度各異，性能也有所不同。這里通過圖3-37的例子來說明光耦合驅(qū)動電路工作原理。?

當(dāng)控制電路信號輸入端A為高電平時，Vt導(dǎo)通。光耦合器的發(fā)光二極管流過電流，使光敏二極管反向電流流過V2基極，V2導(dǎo)通，V3截止，V4和V5導(dǎo)通，V6截止。V5的發(fā)射極電流流過R5、VD3，驅(qū)動電力晶體管V，使其導(dǎo)通，同時給電容C2充上左正右負(fù)的電壓。當(dāng)A點(diǎn)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，V1截止，光電耦合器中發(fā)光二極管和光敏晶體管電流均為零，V2截止，V3導(dǎo)通，V4和V5截止，V6導(dǎo)通。C2上所充電壓通過V6、V的e和b、VD4放電，使V截止。

GTR的保護(hù)電路

（1） 過電流、短路保護(hù)

由于GTR存在二次擊穿等問題，由于二次擊穿很快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于快速熔斷器的熔斷時間，因此諸如快速熔斷器之類的過電流保護(hù)方法對GTR類設(shè)備來說是無用的。

GTR的過電流保護(hù)要依賴于驅(qū)動和特殊的保護(hù)電路。

① 電壓狀態(tài)識別保護(hù)

當(dāng)GTR處于過載或短路故障狀態(tài)時，隨著集電極電流的急劇增加，其基射極電壓和集射極電壓均發(fā)生相應(yīng)變化，可利用這一特點(diǎn)對gtr進(jìn)行過載和短路保護(hù)。

② 橋臂互鎖保護(hù)

逆變器運(yùn)行時，可能發(fā)生橋臂短路故障，造成器件損壞。只有確認(rèn)同一橋臂的一個GTR關(guān)斷后，另一個gtr才能導(dǎo)通。這樣能防止兩管同時導(dǎo)通，避免橋臂短路。

GTR的熱容量極小，過電流能力很低，要求故障檢測、信號傳送及保護(hù)動作能瞬間完成，要在微秒級的時間內(nèi)將電流限制在過載能力的限度以內(nèi)。

（2） 欠飽和過飽和保護(hù)

gtr的二次擊穿多由于GTR工作于過飽和狀態(tài)引起的，而過基極驅(qū)動引起的過飽和又使GTR的存儲時間不必要地加長，直接影響著gtr的開關(guān)頻率，所以GTR的過飽和及欠飽和保護(hù)對它的安全可靠工作有著極其重要的作用。通常欠飽和保護(hù)可根據(jù)被驅(qū)動GTR的基射極電壓降的高低來自動調(diào)節(jié)基極驅(qū)動電流的大小，構(gòu)成準(zhǔn)飽和基極驅(qū)動器來完成。

下面對該驅(qū)動電路中的一些細(xì)節(jié)再作進(jìn)一步分析。

①加速電容電路???

當(dāng)V5剛導(dǎo)通時，電源E通過R4、V5、C2、VD3驅(qū)動V，R5被C2短路。這樣，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電流的過沖，并增加前沿陡度，加快開通。過沖電流幅值可為額定基極電流的兩倍以下。C2稱為加速電容。驅(qū)動電流的穩(wěn)態(tài)值由電源電壓E、R4和R5決定，選擇R4+R5的值時，應(yīng)保證提供足夠大的基極電流，使得在負(fù)載電流最大時電力晶體管仍能飽和導(dǎo)通。?

②抗飽和電路???

圖3-37中箝位二極管VD2和電位補(bǔ)償二極管VD3構(gòu)成抗飽和電路，可使電力晶體管導(dǎo)通時處于臨界飽和狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載較輕使得集電極電位低于基極電位時，VD2就會自動導(dǎo)通，使多余的驅(qū)動電流注入集電極，維持Ubc≈O。這樣，就使得V導(dǎo)通時始終處于臨界飽和。二極管VD2也稱為貝克箝位二極管。流過箝位二極管的電流是沒有意義的損耗。為了減小這一損耗，可如圖3-38所示，把VD2加到前級驅(qū)動管V5的基極，同時省去電位補(bǔ)償二極管VD3，而用V5的發(fā)射結(jié)代替VD3。

不管是上述哪一種抗飽和電路，鉗位二極管的一端都接在主電路電力晶體管的集電極，因而可能承受高電壓，所以其耐壓等級應(yīng)和電力晶體管相當(dāng)。除光耦合器外，驅(qū)動電路的其他元件都可選用耐壓等級較低的。?

③截止反偏驅(qū)動電路???

由圖中C2、V6、VS、VD4和R5構(gòu)成。V導(dǎo)通時C，所充電壓由E和R4、R5決定。V5截止，V6導(dǎo)通時，C2先通過V6、V的發(fā)射結(jié)和VD4放電，使V截止后，穩(wěn)壓管VS取代V的發(fā)射結(jié)使C2連續(xù)放電。VS上的電壓使V基極反偏。另外，C2還通過R5放電?？梢钥闯?，C2除起到前面所說的加速電容的作用外，還在截止反偏驅(qū)動電路中起儲能電容的作用。