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1、2000年第3期湖南电力第20卷分析与研究电力晶体管GTR驱动电路设计成新明长沙铁道学院(湖南长沙410007)甘正佳长沙电力学院(湖南长沙410077)摘要介绍了大功率晶体管驱动电路的设计方法,并对GTR损坏的原因进行了分析。关键词GTR基极驱动电路设计0引言1基极驱动电路设计原则大功率晶体管(GTR)是第二代功率半导体器1.1驱动问题件,它克服了晶闸管不能自关断与开关速度慢的缺驱动的作用是使GTR可靠的开通与关断,设点,简化了变频传动和其它带逆变环节的交流器的计基极驱动电路时应考虑采用基极优化驱动方案。换相,降低了体积,且可节能,是电力电子装置的所谓优化驱动,就是以
2、理想的基极驱动电流波形去关键器件,广泛地应用于载波器、稳压电源以及交控制GTR的开关过程,如图1所示。直流电机调速领域。然而GTR比较娇嫩,容易损坏,不能承受超过其额定值的浪涌电压与电流的冲击,即使时间很短(微秒级)也可能对它造成损坏,用快速熔断器或快速断路器是不能对其保护的。在电力电子装置中,GTR实际上是一个静止式的无触点开关,它的通断受基极驱动电流的控制。作为开关器件,存在着开通时间ton与关断时间toff,相应地存在着开通损耗与关断损耗。一般认为,GTR从图1可以看出,优化驱动特性具有以下几点损坏的主要原因之一是GTR退出了饱和区,进入品质:了放大区,使得开关损
3、耗太大。减小GTR的开关损a.正向驱动电流的上升沿要陡,要有一定时间耗就是要提高工作频率,降低结温,扩大安全工作的过驱动电流Ib1,Ib1的数值选为准饱和基极驱动区,提高性能指标。电流值Ib2的2倍左右,过驱动时间为几个Ls,以使GTR应用的关键技术是如何成功地对GTRGTR迅速开通,减小ton。进行保护,它直接决定着变频器和逆变器质量的优b.GTR被驱动后,其基极驱动电流应能自适应劣。鉴于在主电路中通过设置霍尔元件检测故障电负载参数的变化,只要GTR处于正常工作状态下,流来实现短路保护,比在驱动电路中设置自保护响基极驱动电路提供的基极电流都能保障GTR处于应慢些,一般
4、是在驱动电路中实现对GTR的自保临界饱和状态,以减小基极损耗,缩短存储时间ts。护。因此,设计性能良好的驱动电路是GTR安全可c.关断时,驱动电路能为GTR基极—射极间靠运行的重要保障。提供一反向电流,以迅速抽取基区存储电荷,减小tof。关断初始电流Ib3一般为Ib1的2～3倍,Ib3太22第20卷成新明等:电力晶体管GTR驱动电路设计2000年第3期大则会产生基极电流的尾部效应,反而增加关断损耗,不利于GTR的关断,使其反向安全工作区减小,一般为正向驱动电流的2倍值或相等。由外施偏置形成此反向抽取电流时,其供电电压必须限制在GTR的UEBO以下,但要加足以防止GTR的
5、反向导电。为了获取上述优良的驱动特性,我们常采用以下一些措施:则:1.1.1用加速电容以减小三极管的开通与关断时UBE=UCE(6)间。如图2为采用加速电容的驱动电路原理图。正由式(6)可知:向驱动时,C将R1短路,可以给GTR提供峰值较UD1=UF(7)大的初始强驱动电流为:若二极管D1的正向压降也等于UF,则此时二IBM=(EC-UBE)/R2(1)极管D1导通,多余的基极电流通过D1溢流,从而使GTR始终工作在临界饱和区。第2部分为二极管D3,由于接入了二极管D2,必须同时并联二极管D3,它为反向基极电流提供通道。在GTR的基极上多串几个电位抬高二极管可以使GTR
6、工作在放大状态,进一步改善储存时间。但是储存时间的改善是以增加通态损耗为代价的,增加了的UCE使通态损耗变大。因此,设计时应在储随着C充电的逐渐增加,驱动电流iB也越来越存时间ts的改善与功率耗散间折衷考虑,还应注意小,C充满电时,GTR正常导通,此时,基极电流到储存时间的改善与UCE的大小并非成正比,当UCE为:增加到一定程度后,储存时间随UCE的增高减小很IB=(E-UBE)/(R1+R2)(2)少。试验表明,UCE>4V时,储存时间改善很少,上式IB的值应大于IC/B,才能保证GTR处于而当UCE>8V时,几乎看不到储存时间的改变。饱和状态,B为GTR的直流放大倍
7、数。这个电路的缺点是:由于引入了电位抬高二极电路达到稳态时,C上电压值为:管,B点信号与A点相比有一定的延时。改进后的R1UC=(EC-UBE)(3)贝克钳位电路如图4所示。图4中T1,T2是驱动电R1+R2路的功放级,由于它们工作在射极输出状态,使从关断时,利用C上的电压值为GTR基—射间A点到B点的信号失真很少,也保障了足够大的驱提供负压,加速GTR截止。动电流。与此同时,T1的基射压降将A点电位抬高,1.1.2利用贝克钳位技术减小存储时间ts。如图3代替了图3中二极管D2的作用,它与溢流二极管是贝克钳位技术电路图。这种电路由2部分组
