三極管推挽電路設計

當驅動光耦的輸出能力無法滿足IGBT門極驅動電流的要求時，要選擇使用推挽驅動。

（1） IGBT門極峰值電流計算

參考英飛凌的應用手冊，IGBT門極峰值電流

Imax=0.74*△VGE/（Rg+Rint）

△VGE為IGBT驅動電壓變化量，Rg為外加門極電阻，Rint為門極內部電阻，0.74為考慮到驅動器內阻和引線電感而設置的校正系數。

假設IGBT在開通和關斷的過程中，門極等效電容Cge恒定。 對于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的表達式(5)，其中e為2.71828。

Imax=2*△VGE/（eR）≈0.74△VGE/R

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

注意事項：

1、在計算門極峰值電流時，理論值往往比實測值大，這是由于驅動回路雜散電感導致的；

2、外加門極電容越大，開通、關斷時門極峰值電流越大；

3、對于驅動推挽電路沒有直接安裝在IGBT上面、推挽后級有驅動長線的應用，在外加門極電容的情況下，門極峰值電流實測值和理論值相差得大一些。

（2）三極管推挽電路組成及優缺點

常見的用三極管構成的推動級電路如圖所示，上管用NPN三極管，下管用PNP三極管，組成推挽放大電路。

優點：正邏輯，簡單，非常容易用。

缺點：

1、飽和導通時有0.7V的飽和壓降；在做驅動器的輸出級時，損耗較大，在開關頻率較高時，發熱尤其明顯；

2、在峰值驅動電流較大時，三極管的CE電壓降變得較高，因此為了保證門極電壓為15V，電源電壓需要設計為17V~18V；

3、三極管響應速度慢，基極到發射極的相響時間稍長，在做有源鉗位的反饋通道時，顯得有點慢；

4、三極管的基極電流會受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，可在開通或關斷電阻所在支路串聯二極管，從而使開通或關斷電阻阻值不同。

推挽輸出端連在一起時，推挽三極管承受的反壓較??； 推挽輸出端分開時，推挽三極管承受的反壓較大，反壓主要是由開關電流在驅動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%大于驅動總電源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所對應的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、計算門極峰值電流Ipeak；

2、查三極管的增益曲線，找出Ipeak所對應的hFE；

3、計算基極電流Ib；

Ib=Ipeak /hFE

4、計算基極電阻，其中△VGE為IGBT驅動電壓變化量，所選擇的基極電阻應小于該阻值。

Rb=△VGE/Ib

注：應對NPN和PNP三極管分別計算基極電阻，若兩個三極管的基極電阻共用，應選擇較小的基極電阻。

注意事項：

1、 若減小推挽三極管的基極電阻，則開通時IGBT的門極電壓會偏高；

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

3、 對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、上升時間、開通損耗等增加，開通di/dt、du/dt、反向恢復du/dt減??；

4、 若基極電阻固定，增益越大的三極管，相應的IGBT損耗越小，但當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、驅動推挽器件布線時的注意事項

① 一般推挽器件發熱嚴重，應盡量增大鋪銅面積；

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。