電力晶體管GTR的驅動電路

GTR的驅動電路的重要性

驅動電路性能不好，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飽和壓降大小的重要因素之一。增加基極驅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驅動電路的設計要求

GTR基極驅動方式直接影響其工作狀態，可使某些特性參數得到改善或變壞，例如，過驅動加速開通，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和如何快速可靠地封鎖基極驅動信號這2個方面的問題。

（1） 設計基極驅動電路考慮的因素

設計基極驅動電路必須考慮的3個方面：優化驅動特性、驅動方式和自動快速保護功能。

① 優化驅動特性

優化驅動特性就是以理想的基極驅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。優化的基極驅動電流波形與GTO門極驅動電流波形相似。

② 驅動方式

驅動方式按不同情況有不同的分類方法。在此處，驅動方式是指驅動電路與主電路之間的連接方式，它有直接和隔離2種驅動方式：直接驅動方式分為簡單驅動、推挽驅動和抗飽驅動等形式；隔離驅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，為了實現快速自動切斷基極驅動信號以免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） 基極驅動電路

GTR的基極驅動電路有恒流驅動電路、抗飽和驅動電路、固定反偏互補驅動電路、比例驅動電路、集成化驅動電路等多種形式。恒流驅動電路是指其使GTR的基極電流保持恒定，不隨集電極電流變化而變化?？癸柡万寗与娐芬卜Q為貝克箝位電路，其作用是讓GTR開通時處于準飽和狀態，使其不進入放大區和深飽和區，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，發射結反偏，基區中的過剩載流子被迅速抽出，管子迅速關斷。比例驅動電路是使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。集成化驅動電路克服了上述電路元件多、電路復雜、穩定性差、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的驅動電路種類很多，下面介紹一種分立元件GTR的驅動電路，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。當負載輕時，如果V5的發射極電流全部注入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。這樣就可以實現驅動電流的過沖，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管的發射結施加反電壓，從而GTR迅速關斷。

②GTR集成驅動電路種類很多，下面簡單介紹幾種情況：

HL202是國產雙列直插、20引腳GTR集成驅動電路，內有微分變壓器實現信號隔離，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，可以驅動100A以下GTR。

UAA4003是雙列直插、16引腳GTR集成驅動電路，可以對被驅動的GTR實現最優驅動和完善保護，保證GTR運行于臨界飽和的理想狀態，自身具有PWM脈沖形成單元，特別適用于直流斬波器系統。

M57215BL是雙列直插、8引腳GTR集成驅動電路，單電源自生負偏壓工作，可以驅動50A，1000V以下的GTR模塊一個單元；外加功率放大可以驅動75~400A以上GTR模塊。