1.基本要求
gtr基極驅(qū)動電路的作用是將控制電路輸出的控制信號電流放大到足以保證大功率晶體管能可靠開通或關斷。而gtr的基極驅(qū)動方式直接影響它的工作狀況,可使某些特性參數(shù)得到改善或受到損害,故應根據(jù)主電路的需要正確選擇、設計基極驅(qū)動電路?;鶚O驅(qū)動電路一般應有以下基本要求:
1) gtr導通期間,管子的管壓降應在準飽和工作狀態(tài)下盡可能小,基極電流ib能自動調(diào)節(jié)以適應負載電流的變化,保證gtr隨時處于準飽和工作狀態(tài);gtr關斷時,基極能迅速加上足夠大的基極反偏電壓。這樣可保證gtr能快速開關。
2) 基極驅(qū)動電路應與邏輯電路、控制電路在電氣上隔離,通常采用光電隔離或變壓器隔離等方式來實現(xiàn)。
3) 基極驅(qū)動電路應有足夠的保護功能,防止gtr過流或進入放大區(qū)工作。
圖1 理想的基極電流波形及集電極電流波形
理想的基極電流波形如圖1所示。正向基極驅(qū)動電流的前沿要陡,即上升率dib/dt要高,目的是縮短開通時間,初始基極電流幅值ibm>ib1,以便使gtr能迅速飽和,減少開通時間,使上升時間tr下降,降低開關損耗。當gtr導通后,基極電流應及時減少到ib1,恰好維持gtr處于準飽和狀態(tài),使基區(qū)和集電區(qū)間的存儲電荷較少,從而使gtr在關斷時,儲存時間ts縮短,開關安全區(qū)擴大。在關斷時,gtr應加足夠大的負基極電流ib2,使基區(qū)存儲電荷盡快釋放,從而使存儲時間ts和下降時間tf縮短,減少關斷損耗。在上述理想的基極電流作用下,可使gtr快速可靠開通、關斷,開關損耗下降,防止二次擊穿并可擴大安全工作區(qū)。在gtr正向阻斷期間,可在基極和發(fā)射極間加一定的負偏壓,以提高gtr的阻斷能力。
2.貝克鉗位電路
當gtr導通后,基極驅(qū)動電路應能提供足夠大的基極電流使gtr處于飽和或準飽和狀態(tài),以便降低通態(tài)損耗保證gtr的安全。而基極電流過大會使gtr的飽和度加深,飽和壓降小,導通損耗也小。但深度飽和對gtr的關斷特性不利,使存儲時間加長,限制了gtr的開關頻率。因此在開關頻率較高的場合,不希望gtr處于深度飽和狀態(tài),而要求gtr處于準飽和狀態(tài)。
圖2 貝克鉗位電路
抗飽和電路即為一種不使gtr進入深度飽和狀態(tài)下工作的電路,圖2所示的貝克鉗位電路即為一種抗飽和電路。利用此電路再配以固定的反向基極電流或固定的基極發(fā)射極反向偏壓,即可獲得較為滿意的驅(qū)動效果。當gtr導通時,只要鉗位二極管vd1處于正偏狀態(tài),就有下述關系
從而有
如二極管導通壓降ud=0.7v,則uce=1.4v使gtr處于準飽和狀態(tài)。
鉗位二極管vd1相當于溢流閥的作用,使過量的基極驅(qū)動電流不流入基極。改變vd2支路中串聯(lián)的電位補償二極管的數(shù)目可以改變電路的性能。如集電極電流很大時,由于集電極內(nèi)部電阻兩端壓降增大會使gtr處于深度飽和狀態(tài)下工作,在此情況下,可適當增加vd2支路的二極管數(shù)目。為滿足gtr關斷時需要的反向截止偏置,圖中反并聯(lián)了二極管vd4,使反向偏置有通路。
電路中vd1應選擇快速恢復二極管,因vd1恢復期間,電流能從集電極流向基極而使gtr誤導通。vd2、vd3應選擇快速二極管,它們的導通速度會影響gtr基極電流上升率。