电力晶体管GTR的驱动电路

发表于 2019-09-02 09:14:45 收藏 已收藏
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电力晶体管GTR的驱动电路

发表于 2019-09-02 09:14:45
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GTR的驱动电路的重要性

驱动电路性能不好,轻则使GTR不能正常工作,重则导致GTR损坏。其特性是决定电流上升率和动态饱和压降大小的重要因素之一。增加基极驱动电流使电流上升率增大,使GTR饱和压降降低,从而减小开通损耗。过大的驱动电流,使GTR饱和过深,退出饱和时间越长,对开关过程和减小关断损耗越不利。驱动电路是否具有快速保护功能,是决定GTR在过电压或过电流后是否损坏的关键因素之一。

1、 GTR驱动电路的设计要求

GTR基极驱动方式直接影响其工作状态,可使某些特性参数得到改善或变坏,例如,过驱动加速开通,减少开通损耗,但对关断不利,增加了关断损耗。驱动电路有无快速保护功能,则是GTR在过压、过流后是否损坏的重要条件。GTR的热容量小,过载能力差,采用快速熔断器和过电流继电器是根本无法保护GTR的。因此,不再用切断主电路的方法,而是采用快速切断基极控制信号的方法进行保护。这就将保护措施转化成如何及时准确地测到故障状态和如何快速可靠地封锁基极驱动信号这2个方面的问题。

(1) 设计基极驱动电路考虑的因素

设计基极驱动电路必须考虑的3个方面:优化驱动特性、驱动方式和自动快速保护功能。

① 优化驱动特性

优化驱动特性就是以理想的基极驱动电流波形去控制器件的开关过程,保证较高的开关速度,减少开关损耗。优化的基极驱动电流波形与GTO门极驱动电流波形相似。

② 驱动方式

驱动方式按不同情况有不同的分类方法。在此处,驱动方式是指驱动电路与主电路之间的连接方式,它有直接和隔离2种驱动方式:直接驱动方式分为简单驱动、推挽驱动和抗饱驱动等形式;隔离驱动方式分为光电隔离和电磁隔离形式。

③ 自动快速保护功能

在故障情况下,为了实现快速自动切断基极驱动信号以免GTR遭到损坏,必须采用快速保护措施。保护的类型一般有抗饱和、退抗饱和、过流、过压、过热和脉冲限制等。

(2) 基极驱动电路

GTR的基极驱动电路有恒流驱动电路、抗饱和驱动电路、固定反偏互补驱动电路、比例驱动电路、集成化驱动电路等多种形式。恒流驱动电路是指其使GTR的基极电流保持恒定,不随集电极电流变化而变化。抗饱和驱动电路也称为贝克箝位电路,其作用是让GTR开通时处于准饱和状态,使其不进入放大区和深饱和区,关断时,施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。固定反偏互补驱动电路是由具有正、负双电源供电的互补输出电路构成的,当电路输出为正时,GTR导通;当电路输出为负时,发射结反偏,基区中的过剩载流子被迅速抽出,管子迅速关断。比例驱动电路是使GTR的基极电流正比于集电极电流的变化,保证在不同负载情况下,器件的饱和深度基本相同。集成化驱动电路克服了上述电路元件多、电路复杂、稳定性差、使用不方便等缺点。具有代表性的器件是THOMSON公司的UAA4003和三菱公司的M57215BL。

①GTR的驱动电路种类很多,下面介绍一种分立元件GTR的驱动电路,如图5所示。电路由电气隔离和晶体管放大电路两部分构成。电路中的二极管VD2和电位补偿二极管VD3组成贝克箝位抗饱和电路,可使GTR导通时处于临界饱和状态。当负载轻时,如果V5的发射极电流全部注入V,会使V过饱和,关断时退饱和时间延长。有了贝克电路后,当V过饱和使得集电极电位低于基极电位时,VD2就会自动导通,使得多余的驱动电流流入集电极,维持Ubc≈0。这样,就使得V导通时始终处于临界饱和。图中的C2为加速开通过程的电容,开通时,R5被C2短路。这样就可以实现驱动电流的过冲,同时增加前沿的陡度,加快开通。另外,在V5导通时C2充电,充电的极性为左正右负,为GTR的关断做做准备。当V5截止V6导通时,C2上的充电电压为V管的发射结施加反电压,从而GTR迅速关断。

电力晶体管GTR的驱动电路

②GTR集成驱动电路种类很多,下面简单介绍几种情况:

HL202是国产双列直插、20引脚GTR集成驱动电路,内有微分变压器实现信号隔离,贝克箝位退饱和、负电源欠压保护。工作电源电压+8~+10V和-5.5V~ -7V,最大输出电流大于2.5A,可以驱动100A以下GTR。

UAA4003是双列直插、16引脚GTR集成驱动电路,可以对被驱动的GTR实现最优驱动和完善保护,保证GTR运行于临界饱和的理想状态,自身具有PWM脉冲形成单元,特别适用于直流斩波器系统。

M57215BL是双列直插、8引脚GTR集成驱动电路,单电源自生负偏压工作,可以驱动50A,1000V以下的GTR模块一个单元;外加功率放大可以驱动75~400A以上GTR模块。

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