大功率晶体管驱动电路的设计及其应用

3.2 驱动电路的工作原理

当输入信号V_in为高电平时，光耦截止，B点近似等于电源电压，A点为R₃与R₄的分压电平，则V_B>V_A，电压比较器输出端C为低电平，三极管V₁截止，V₂导通，V₃、V₄截止，从而GTR截止。

当输入信号V_in由高电平变为低电平时，光耦输出由截止变为导通。C₁经R₈、D₃进行充电，利用电容二端的电压不能突变的特点，V₂的基极电位也变为零，V₂截止，V₃、V₄导通，经过加速网络C₂、R₁₂使GTR迅速饱和导通；当GTR导通后，它的V_CE随之下降，D₆导通，使B点的电位箝位于V_B=V_CEV_A，电压比较器A₁输出端C变为高电平，使V₁导通，V₂的基极电位维持在地电位上；维持V₂截止，V₃、V₄导通。同时V₁的导通给C₁提供了放电回路，使电容C₁的两端电压下降为零，为下次工作做准备。

当V_in由低电平变为高电平时，光耦输出级由导通变为截止，使D₁导通，D₂截止，重新使V_B>V_A，C点输出低电平，V₁截止，V₂导通，由C₂、V₅、D₁₀、D₉等组成的反偏电路使GTR迅速关断，D₆同时截止。下一周期将重复上述工作过程。

带有反偏驱动电路的工作原理如下：当V₄导通时，GTR也导通。通过加速电容C₂的比较大的充电电流向GTR基极提供过驱动电流，最大电流仅受R₁₁阻值限制。充电结束后，进入导通阶段，GTR的基极电流由R₁₁、R₁₂和D₈共同决定，此时C₂充有左正右负的电压。当V₄关断V₅导通时，电容C₂经V₅的C-E结→D₁₀→D₉→C₂放电。GTR的反偏电压等于D₁₀的导通压降，约为0.7V左右，使GTR迅速截止。

3.3 保护电路工作原理

在正常工作过程中，由于D₆导通，使V_B=V_CE；若GTR发生过载或其它原因退出饱和状态，使V_CE上升到V_B=V_CE

3.4 驱动电路的器件要求

首先对光电耦合器的要求是高速型光耦。这是因为对于桥式逆变电路，同一桥臂的上下两个互补的控制信号之间应当设置死区时间t_Δ（15～20μs之间），因普通光耦开关时间较长，一般在（4～6μs）之间，而后级驱动的延迟时间长达10μs左右，而且可能出现开通与关断时间不等的现象，使正常的死区时间得不到保证。为了能安全可靠地工作，必须选用高速型光耦，并把后级驱动总延迟严格限制在5μs以内。例如图2中选用高速型光耦6N137就能满足系统的要求。

其次对光耦的要求是具有较强的抗干扰能力。这是因为在GTR的开关转换过程中，P点的电位是发生跳变的（图3）。如GTR1导通或D₁续流时，P点与M点等电位；而GTR2导通或D₂续流时，P点又与N点等电位。P点电位的跳变速度由二极管反向恢复时间决定。对于中小功率三相异步电机变频器，P点的dv/dt将达到每秒数千伏。若光耦抗干扰能力不强。P点电位的跳变将会通过光耦内部寄生电容耦合，在驱动电路中形成干扰脉冲，致使GTR发生误动作而不能正常工作。

图3 GTR主电路与驱动电路的连接关系

4 结语

驱动电路是GTR安全工作的基础，精心设计驱动电路，精心选择驱动电路元器件和参数，是保证整机可靠运行的一个重要环节。近年已广泛采用这类专用模块驱动电路，（如UAA4002），使GTR的工作更加安全可靠。实践证明，本文设计的这套带反偏压自适应驱动电路结构简单，性能可靠，能满足采用GTR逆变器的一般驱动要求。