大功率晶体管驱动电路的设计及其应用

大功率晶体管驱动电路的设计及其应用

李菁辉

(西北大学物理系，陕西西安710069）

摘要：介绍了大功率晶体管（GTR）基极驱动电路的设计，分析了基极驱动电路的要求及其设计方法，并给出一种实用的驱动电路。

关键词：大功率晶体管；基极驱动电路；分析；设计

1引言

作为逆变电路中的核心部件——大功率开关器件，一般分为三大类型，即双极型、单极型和混合型。双极型GTO、GTR、SITH等；单极型有功率MOSFET、SIT等；混合型有IGBT、MGT（MOS门极晶体管）等。这些大功率器件的运行状态及安全性直接决定了变频器和逆变器性能的优劣，而性能良好的驱动电路又是开关器件安全可靠运行的重要保障。本文重点介绍GTR的基极驱动电路。 大功率晶体管（GiantTransistor—GTR）也称巨型晶体管，是三层结构的双极全控型大功率高反压晶体管，它具有自关断能力，控制十分方便，并有饱和压降低和比较宽的安全工作区等优点，在许多电力变流装置中得到了应用。

在电力电子装置中，GTR主要工作在开关状态。GTR是一种电流控制型器件，即在其基极注入电流IB后，集电极便能得到放大了的电流IC，电流放大倍数由hFE来评价。对于工作在开关状态的GTR，关键的技术参数是反向耐压VCE和正向导通电流IC。由于GTR不是理想的开关，当饱和导通时，有管压降VCES，关断时有漏电流ICEO；加之开关转换过程中具有开通时间ton。（含延迟时间td和上升时间tr），关断时间toff（含存贮时间ts和下降时间tf），因此使用GTR时，对其集电极功耗PC与结温Tjm也应给予足够的重视。

2基极驱动电路设计原则

GTR基极驱动电路和性能直接影响着GTR的工作状况，因此在设计基极驱动电路时应考虑以下两点：最优化驱动方式和自动快速保护。

所谓最优化驱动，就是以理想的基极驱动电流波形去控制GTR的开关过程，以便提高开关速度，减小开关损耗。理想的基极驱动电流波形如图1所示。由图1可以看出，为加快开通时间和降低开通损耗，正向基极电流在开通初期不但要求有陡峭的前沿，而且要求有一定时间的过驱动电流IB1。导通阶段的基极驱动电流IB2应使GTR恰好维持在准饱和状态，以便缩短存储时间ts。一