(GTR)電力晶體管驅(qū)動(dòng)電路與緩沖電路解析
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電力晶體管驅(qū)動(dòng)電路的重要性
驅(qū)動(dòng)電路性能不好，輕則使GTR不能正常工作，重則導(dǎo)致GTR損壞。其特性是決定電流上升率和動(dòng)態(tài)飽和壓降大小的重要因素之一。增加基極驅(qū)動(dòng)電流使電流上升率增大，使GTR飽和壓降降低，從而減小開(kāi)通損耗。
過(guò)大的驅(qū)動(dòng)電流，使GTR飽和過(guò)深，退出飽和時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)開(kāi)關(guān)過(guò)程和減小關(guān)斷損耗越不利。驅(qū)動(dòng)電路是否具有快速保護(hù)功能，是決定GTR在過(guò)電壓或過(guò)電流后是否損壞的關(guān)鍵因素之一。
雙極型功率晶體管的緩沖電路
GTR的緩沖器常采用阻容二極管RCD的吸收網(wǎng)絡(luò)
此處電阻R應(yīng)選用電感量較小的電阻，電容C應(yīng)選用低串聯(lián)電阻、電感小且頻率特性好的電容。
雙極型功率晶體管的緩沖電路，未加緩沖電路時(shí)，在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的某一時(shí)刻，會(huì)出現(xiàn)集電極電壓uC和集電極電流iC同時(shí)達(dá)到最大值的情況。這時(shí)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)損耗也最大。
采用開(kāi)通和關(guān)斷緩沖電路，其負(fù)載線(xiàn)軌跡如圖 (c)的實(shí)線(xiàn)所示。
緩沖電路所以能夠減小開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗，是因?yàn)榘验_(kāi)關(guān)損耗由器件本身轉(zhuǎn)移至緩沖電路內(nèi)，根據(jù)這些被轉(zhuǎn)移的能量如何處理，引出了兩類(lèi)緩沖電路：
一類(lèi)是耗能式緩沖電路，即轉(zhuǎn)移至緩沖器的開(kāi)關(guān)損耗能量消耗在電阻上，這種電路簡(jiǎn)單，但效率低；
另一類(lèi)是饋能式緩沖電路，即將轉(zhuǎn)移至緩沖器的開(kāi)關(guān)損耗能量以適當(dāng)?shù)姆绞皆偬峁┙o負(fù)載或回饋給供電電源，這種電路效率高但電路復(fù)雜。
GTR的保護(hù)電路
(1) 過(guò)電流、短路保護(hù)
由于GTR存在二次擊穿等問(wèn)題，由于二次擊穿很快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于快速熔斷器的熔斷時(shí)間，因此諸如快速熔斷器之類(lèi)的過(guò)電流保護(hù)方法對(duì)GTR類(lèi)電子設(shè)備來(lái)說(shuō)是無(wú)用的。 GTR的過(guò)電流保護(hù)要依賴(lài)于驅(qū)動(dòng)和特殊的保護(hù)電路。
① 電壓狀態(tài)識(shí)別保護(hù)
當(dāng)GTR處于過(guò)載或短路故障狀態(tài)時(shí),隨著集電極電流的急劇增加,其基射極電壓和集射極電壓均發(fā)生相應(yīng)變化,可利用這一特點(diǎn)對(duì)GTR進(jìn)行過(guò)載和短路保護(hù)。
② 橋臂互鎖保護(hù)
逆變器運(yùn)行時(shí)，可能發(fā)生橋臂短路故障，造成器件損壞。只有確認(rèn)同一橋臂的一個(gè)GTR關(guān)斷后，另一個(gè)GTR才能導(dǎo)通。這樣能防止兩管同時(shí)導(dǎo)通，避免橋臂短路。
GTR的熱容量極小，過(guò)電流能力很低，要求故障檢測(cè)、信號(hào)傳送及保護(hù)動(dòng)作能瞬間完成，要在微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)將電流限制在過(guò)載能力的限度以?xún)?nèi)。
(2) 欠飽和過(guò)飽和保護(hù)
GTR的二次擊穿多由于GTR工作于過(guò)飽和狀態(tài)引起的，而過(guò)基極驅(qū)動(dòng)引起的過(guò)飽和又使GTR的存儲(chǔ)時(shí)間不必要地加長(zhǎng)，直接影響著GTR的開(kāi)關(guān)頻率，所以GTR的過(guò)飽和及欠飽和保護(hù)對(duì)它的安全可靠工作有著極其重要的作用。
通常欠飽和保護(hù)可根據(jù)被驅(qū)動(dòng)GTR的基射極電壓降的高低來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)基極驅(qū)動(dòng)電流的大小，構(gòu)成準(zhǔn)飽和基極驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成。