大功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

3.2 驅(qū)動(dòng)電路的工作原理

當(dāng)輸入信號(hào)V_in為高電平時(shí)，光耦截止，B點(diǎn)近似等于電源電壓，A點(diǎn)為R₃與R₄的分壓電平，則V_B>V_A，電壓比較器輸出端C為低電平，三極管V₁截止，V₂導(dǎo)通，V₃、V₄截止，從而GTR截止。

當(dāng)輸入信號(hào)V_in由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，光耦輸出由截止變?yōu)閷?dǎo)通。C₁經(jīng)R₈、D₃進(jìn)行充電，利用電容二端的電壓不能突變的特點(diǎn)，V₂的基極電位也變?yōu)榱?，V₂截止，V₃、V₄導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)加速網(wǎng)絡(luò)C₂、R₁₂使GTR迅速飽和導(dǎo)通；當(dāng)GTR導(dǎo)通后，它的V_CE隨之下降，D₆導(dǎo)通，使B點(diǎn)的電位箝位于V_B=V_CEV_A，電壓比較器A₁輸出端C變?yōu)楦唠娖剑筕₁導(dǎo)通，V₂的基極電位維持在地電位上；維持V₂截止，V₃、V₄導(dǎo)通。同時(shí)V₁的導(dǎo)通給C₁提供了放電回路，使電容C₁的兩端電壓下降為零，為下次工作做準(zhǔn)備。

當(dāng)V_in由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，光耦輸出級(jí)由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，使D₁導(dǎo)通，D₂截止，重新使V_B>V_A，C點(diǎn)輸出低電平，V₁截止，V₂導(dǎo)通，由C₂、V₅、D₁₀、D₉等組成的反偏電路使GTR迅速關(guān)斷，D₆同時(shí)截止。下一周期將重復(fù)上述工作過(guò)程。

帶有反偏驅(qū)動(dòng)電路的工作原理如下：當(dāng)V₄導(dǎo)通時(shí)，GTR也導(dǎo)通。通過(guò)加速電容C₂的比較大的充電電流向GTR基極提供過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，最大電流僅受R₁₁阻值限制。充電結(jié)束后，進(jìn)入導(dǎo)通階段，GTR的基極電流由R₁₁、R₁₂和D₈共同決定，此時(shí)C₂充有左正右負(fù)的電壓。當(dāng)V₄關(guān)斷V₅導(dǎo)通時(shí)，電容C₂經(jīng)V₅的C-E結(jié)→D₁₀→D₉→C₂放電。GTR的反偏電壓等于D₁₀的導(dǎo)通壓降，約為0.7V左右，使GTR迅速截止。

3.3 保護(hù)電路工作原理

在正常工作過(guò)程中，由于D₆導(dǎo)通，使V_B=V_CE；若GTR發(fā)生過(guò)載或其它原因退出飽和狀態(tài)，使V_CE上升到V_B=V_CE

3.4 驅(qū)動(dòng)電路的器件要求

首先對(duì)光電耦合器的要求是高速型光耦。這是因?yàn)閷?duì)于橋式逆變電路，同一橋臂的上下兩個(gè)互補(bǔ)的控制信號(hào)之間應(yīng)當(dāng)設(shè)置死區(qū)時(shí)間t_Δ（15～20μs之間），因普通光耦開關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在（4～6μs）之間，而后級(jí)驅(qū)動(dòng)的延遲時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10μs左右，而且可能出現(xiàn)開通與關(guān)斷時(shí)間不等的現(xiàn)象，使正常的死區(qū)時(shí)間得不到保證。為了能安全可靠地工作，必須選用高速型光耦，并把后級(jí)驅(qū)動(dòng)總延遲嚴(yán)格限制在5μs以內(nèi)。例如圖2中選用高速型光耦6N137就能滿足系統(tǒng)的要求。

其次對(duì)光耦的要求是具有較強(qiáng)的抗干擾能力。這是因?yàn)樵贕TR的開關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，P點(diǎn)的電位是發(fā)生跳變的（圖3）。如GTR1導(dǎo)通或D₁續(xù)流時(shí)，P點(diǎn)與M點(diǎn)等電位；而GTR2導(dǎo)通或D₂續(xù)流時(shí)，P點(diǎn)又與N點(diǎn)等電位。P點(diǎn)電位的跳變速度由二極管反向恢復(fù)時(shí)間決定。對(duì)于中小功率三相異步電機(jī)變頻器，P點(diǎn)的dv/dt將達(dá)到每秒數(shù)千伏。若光耦抗干擾能力不強(qiáng)。P點(diǎn)電位的跳變將會(huì)通過(guò)光耦內(nèi)部寄生電容耦合，在驅(qū)動(dòng)電路中形成干擾脈沖，致使GTR發(fā)生誤動(dòng)作而不能正常工作。

圖3 GTR主電路與驅(qū)動(dòng)電路的連接關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

驅(qū)動(dòng)電路是GTR安全工作的基礎(chǔ)，精心設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，精心選擇驅(qū)動(dòng)電路元器件和參數(shù)，是保證整機(jī)可靠運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。近年已廣泛采用這類專用模塊驅(qū)動(dòng)電路，（如UAA4002），使GTR的工作更加安全可靠。實(shí)踐證明，本文設(shè)計(jì)的這套帶反偏壓自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，能滿足采用GTR逆變器的一般驅(qū)動(dòng)要求。