大功率晶体管的驱动

1．基本要求<?XML:NAMESPACE PREFIX = O />

GTR基极驱动电路的作用是将控制电路输出的控制信号电流放大到足以保证大功率晶体管能可靠开通或关断。而GTR的基极驱动方式直接影响它的工作状况，可使某些特性参数得到改善或受到损害，故应根据主电路的需要正确选择、设计基极驱动电路。基极驱动电路一般应有以下基本要求：

1) GTR导通期间，管子的管压降应在准饱和工作状态下尽可能小，基极电流I_b能自动调节以适应负载电流的变化，保证GTR随时处于准饱和工作状态；GTR关断时，基极能迅速加上足够大的基极反偏电压。这样可保证GTR能快速开关。

2) 基极驱动电路应与逻辑电路、控制电路在电气上隔离，通常采用光电隔离或变压器隔离等方式来实现。

3) 基极驱动电路应有足够的保护功能，防止GTR过流或进入放大区工作。

图1 理想的基极电流波形及集电极电流波形

理想的基极电流波形如图1所示。正向基极驱动电流的前沿要陡，即上升率di_b/dt要高，目的是缩短开通时间，初始基极电流幅值I_bm＞I_b1，以便使GTR能迅速饱和，减少开通时间，使上升时间t_r下降，降低开关损耗。当GTR导通后，基极电流应及时减少到I_b1，恰好维持GTR处于准饱和状态，使基区和集电区间的存储电荷较少，从而使GTR在关断时，储存时间t_s缩短，开关安全区扩大。在关断时，GTR应加足够大的负基极电流I_b2，使基区存储电荷尽快释放，从而使存储时间t_s和下降时间t_f缩短，减少关断损耗。在上述理想的基极电流作用下，可使GTR快速可靠开通、关断，开关损耗下降，防止二次击穿并可扩大安全工作区。在GTR正向阻断期间，可在基极和发射极间加一定的负偏压，以提高GTR的阻断能力。

2．贝克钳位电路

当GTR导通后，基极驱动电路应能提供足够大的基极电流使GTR处于饱和或准饱和状态，以便降低通态损耗保证GTR的安全。而基极电流过大会使GTR的饱和度加深，饱和压降小，导通损耗也小。但深度饱和对GTR的关断特性不利，使存储时间加长，限制了GTR的开关频率。因此在开关频率较高的场合，不希望GTR处于深度饱和状态，而要求GTR处于准饱和状态。

图2 贝克钳位电路

抗饱和电路即为一种不使GTR进入深度饱和状态下工作的电路，图2所示的贝克钳位电路即为一种抗饱和电路。利用此电路再配以固定的反向基极电流或固定的基极发射极反向偏压，即可获得较为满意的驱动效果。当GTR导通时，只要钳位二极管VD₁处于正偏状态，就有下述关系

从而有

如二极管导通压降U_D=0.7V，则U_ce=1.4V使GTR处于准饱和状态。

钳位二极管VD₁相当于溢流阀的作用，使过量的基极驱动电流不流入基极。改变VD₂支路中串联的电位补偿二极管的数目可以改变电路的性能。如集电极电流很大时，由于集电极内部电阻两端压降增大会使GTR处于深度饱和状态下工作，在此情况下，可适当增加VD₂支路的二极管数目。为满足GTR关断时需要的反向截止偏置，图中反并联了二极管VD₄，使反向偏置有通路。

电路中VD₁应选择快速恢复二极管，因VD₁恢复期间，电流能从集电极流向基极而使GTR误导通。VD2、VD3应选择快速二极管，它们的导通速度会影响GTR基极电流上升率。