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功率晶体管驱动电路研究 盐城工学院陈荣刘长学(224003) 摘要：本文介绍了大功率晶体管对基极驱动电路的要求，以及驱动电路实现信号隔离、放大、波形改善、抗 饱和及过电流保护方法．构成了实际驱动电路，并用于生产实际，满足实际要求。 关键词：功率晶体管隔离放大驱动保护 1、概述 随着技术的发展，电力电子技术的应用范围已经渗透到生产生活的各方面，尤其是现代 电力电子技术，伴随着先进的控制技术和新型电力电子器件的出现．确实在该领域中领导着 一场革命。现代电力电子技术的产生和发展，主要是以各种各样的可控自关断电力电子器件 为特征，主要有：大功率晶体管GTR，功率场效应晶体管(MOSFET)，绝缘栅晶体管 (IGBT)，MOS控制的晶闸管(MCT)等，后三种由于驱动电路所需的功率极小，给驱动控制 电路的设计带来了极大的便利。大功率晶体管的输出电流受输入电流控制，有三种工作状态 即：I-(0的截止状态，I“=I。／B的放大状态，及I-I。／8的饱和工作状态。则只要晶体管导 通，其基极就必须有合适的基极电流来维持。由于工作电流较大，电压较高，在这种使用场 合的GTR是不可以工作在放大状态的，只能工作在开关状态。因此属于通过对基极电流控制来 控制其集电极电流通断的电流放大型开关元件。只要工作条件合适．GTR工作频率可达 20KHz．电流可达数百安培，但如果没有一个正确的驱动电路，没有一定的合理保护措施，要 在如此工作条件下安全工作是不可能的。并且。采用性能优良的驱动电路，可使器件工作在 较理想的开关状态，从而缩短开关时间，减少开关损耗。对提高装置的运行效率、可靠性、 安全性都有重要意义。必须精心设计与选择驱动电路。 2、器件对驱动电路的要求 驱动电路是将控制电路产生的刑信号加以隔离、放大、形成驱动电路中各开关器件的驱 动信号。为了加速开关过程，减小损耗，使GTR安全可靠运行，其基极驱动电路应有以下特 点： 2．1 由于功率晶体管位于主电路．电压较高，各功率晶体管在主电路中所处的电位不 同．而控制电路电压较低，因此驱动电路应对主电路、控制电路进行电气上隔离。 2．2功率晶体管开通时，驱动电路提供的基极电流应有快速的上升沿，并有一定的过 冲，以加速开通过程．减小开通损耗。 2．3功率晶体管导通期间，驱动电路提供的基极电流应在任何负载下都能保证功率管处 于饱和导通状态，使其饱和压降Us较低，从而降低导通损耗。为减小存贮时间，应使晶体管 处于I临界饱和状态。 2．4关断时，驱动电路应提供足够的反向基极电流．以迅速抽取基区的剩余载流子，减 少存贮时间，并加反偏截止电压，使集电极电流迅速下降以减少下降时间，从而加快关断速 度，减小关断损耗。 2．5驱动电路应有较强的抗干扰能力，并且有一定的保护功能。驱动电路的损耗要小， 电路应尽可能简单。 、 理想的基极驱动电流波形和相应的集电极电流波形如图l所示。在开通过程中，腌加较高 的基极电流，促使基区电荷尽快地建立起来，使集电极电流的延迟时间tt和上升时间t。尽可能 短。当晶体管导通后，基极电流应及时减小，并通过合适的抗饱和电路，使晶体管在持续导 通时处于准饱和区，以保证基区和集电区中有较少的存贮电荷。这样在下一次晶体管关断 时，储存时间t。可大为减少。在关断时，晶体管应加以一个尽可能大韵负基极电流，以使管子 中基区存储电荷尽快释放，从而使集电极电流存储时间t：O下降时间tf变得很小。在晶体管摊 一95— 续关断期间，可在基极加一负偏压，使管子的阻断能 力比基极开路时提高一倍。 3、驱动电路的隔离与信号传输 在功率晶体管驱动电路中．为实现主电路与控制 电路电气上的隔离，常采用光电耦合器及脉冲变压器 进行隔离。 3．1脉冲变压器隔离 采用脉冲变压器对驱动电路进行信号间的隔离。 由于晶体管的驱动信号均为单向脉冲信号，为避免脉 冲较宽时铁心的饱和．常采用高频调制和解调的方法。 图l理想基极驱动波形 若调制频率较低，需在输出电路中设置解调电容，这将引起信号的延时，故电容应尽可能地 小。如调制频率较高，功率晶体管发射极的结电容起解调作用，故几乎不存在驱动信号的传 输延时，脉冲变压器铁心可采用小磁环。然而，要用这种隔离方法获得图1所示的基极电流 驱动波形是较难的，除非采用强