功率電晶體基極驅動電路

簡介

使功率電晶體按信號要求導通或截止的基極控制電路。用於控制電力電子電路中的功率電晶體的通斷。在電力電子電路中，功率電晶體均作開關元件使用，因所控制的功率較大，基極控制電路與一般電晶體基極控制電路有所不同。對功率晶體管基極驅動電路的一般要求是：當信號要求功率晶體管導通時，提供足夠大的基極驅動電流使其飽和導通；當信號要求功率電晶體截止時，切斷基極電流或提供負的基極電流。

基本介紹

• 中文名：功率電晶體基極驅動電路
• 外文名：Power transistor base drive circuit

功率電晶體的特性

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1、通態特性：大注入下基區和集電區發生調製效應，通態壓降很低
2、開關特性：關斷過程中的電流集中現象：由於基區存在自偏壓效應，在電晶體關斷過程中使發射極邊緣部分反偏，邊緣關斷而中心仍導通，於是出現電流集中現象
3、二次擊穿特性，和所有繼電器一樣。值得說明的是當第一次雪崩擊穿後，加在BJT上的能力超過臨界值才產生二次擊穿，也就是說二次擊穿需要能量。

功率電晶體的主要套用

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1、作為放大器，套用在電源串聯調壓電路，音頻和超音波放大等領域
2、作為大功率半導體開關，電視機行輸出電路，電機控制，不停電電源和汽車電子
3、GTR模組，套用於交流傳動，逆變器和開關電源。

功率電晶體的工作模式

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1、當BB結正偏、CB結反偏時，功率電晶體處於放大模式
2、當BB結合CD結均正偏時，功率電晶體處於飽和模式
3、當BB結零偏或反偏、CB結反偏時，功率電晶體處於截止模式。
功率電晶體的放大作用表現為：用較小的基極電流可以控制較大的集電極電流；或者將較小的功率按比例放大為較大的功率。

功率電晶體的主要參數

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1、額定電壓
2、電流定額：集電極最大電流Icm，集電極持續電流Ic
3、集電極最大耗散功率：Pcm（管殼為25℃時）
4、最高結溫Tmj（一般為150℃）
5、開關時間：開通時間、存儲時間、下降時間

功率電晶體模組

功率電晶體模組由多個功率電晶體及其附屬電路構成的集成器件。用於電力電子裝置的主電路中。

正文

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由多個功率電晶體及其附屬電路構成的集成器件。用於電力電子裝置的主電路中。各類電力電子裝置往往需要多個相互關聯的功率電晶體、二極體及驅動電路等一起工作。雖然這些裝置的線路各種各樣，但其主電路類型還是相對固定的，這就有可能按不同類型將主電路元件及線路的部分或整體封裝在一個模組中。圖1是兩種典型的功率電晶體模組。圖2為三相變頻調速電路。

電力電子電路採用電晶體模組後，簡化了元件封裝、電路接線和冷卻系統，減少了線路的分布參數的阻抗和耦合，使裝置體積縮小，性能改善，提高了可靠性並降低了成本。功率電晶體的模組化，是電力電子器件和線路發展的一大方向。模組在使用中，其中部分元件的損壞往往引起整個器件的失效。在80年代，大容量功率電晶體（數百安、上千伏容量）的價格較昂貴，故這類模組還較少見。

簡單的功率電晶體驅動電路 　當信號電壓是高電平時，驅動電晶體G的基極流入一定的電流，G進入放大狀態。G的發射極電流大部分成為功率電晶體T的基極電流，使功率電晶體飽和導通。

當信號電壓是低電平時，驅動電晶體 G截止，切斷功率電晶體T的基極電流，使T截止（圖1）。功率電晶體所要求的基極驅動電流與集電極電流成正比，與它自己的電流放大倍數成反比。當功率電晶體的集電極電流較大時，僅一級驅動電晶體放大往往不能滿足功率電晶體基極驅動的需要，這時G可採用複合電晶體，以增加功率電晶體基極驅動電流。

功率電晶體基極驅動電路

具有反向偏壓的基極驅動電路 　用於要求功率電晶體關斷時間較短的場合。用切斷基極電流的方式使功率電晶體截止時，功率電晶體關斷時間很長，可達數十微秒。在關斷時間內功率電晶體產生很大的損耗，限制了它的工作頻率。

用反向偏壓抽取負的基極電流可以縮短功率電晶體的關斷時間。圖2是具有反向偏壓的基極驅動電路產生的基極電流波形。當基極電流Ib1足夠大時，功率電晶體飽和導通。在關斷功率電晶體時，使其基極流過一個負的偏置電流Ib2，抽取少數載流子，以減小關斷時間。

這種電路中，用獨立電源作為反向偏壓。信號電壓是高電平時，驅動電晶體的發射極電流為功率電晶體提供正基極電流Ib1，使功率電晶體飽和導通。信號電壓是低電平時，驅動電晶體截止，負偏壓電源提供負的基極電流Ib2。這種電路的正負基極電流分別可調，負偏電壓值不受信號寬度的影響，使用較方便。在圖2的電路里，信號電壓是高電平時，電晶體G導通，為功率電晶體提供正向基極電流。這時，電容C被充上左正右負的電壓。當信號電壓為低電平時,電容C的電壓通過R2為功率電晶體提供負的基極電流。這種電路結構簡單，但不能適應導通脈衝很窄的工作情況。

功率電晶體基極驅動電路02

抗飽和基極驅動電路 　在高頻套用時，僅在功率電晶體基極加反向偏壓,關斷速度仍不夠快。圖3是加速關斷的抗飽和基極驅動電路。

當信號電壓是高電平時,驅動電晶體G的部分發射極電流通過D1為功率電晶體T提供基極電流，使T導通。如T飽和得較深，則它的集電極電位低於基極電位,D2就導通，使G的部分發射極電流流入D2，以減少流入D1的基極電流，使功率電晶體退出深飽和區，始終工作於準飽和工作狀態。

當信號電平變低時,G截止，負偏電壓E2通過R2，D3為功率電晶體提供一個負的基極電流，功率管迅速地關斷。

抗飽和基極驅動電路可以明顯地減短關斷時間，且線路簡單，被廣泛地套用於高頻工作的功率電晶體的驅動電路中。它的主要缺點是功率電晶體導通時壓降較高，通態損耗較大。

光耦合器隔離的功率電晶體驅動電路 　為了用同一個控制電路驅動不同電位的功率電晶體，需用光耦合器或脈衝變壓器在控制電路和功率管基極之間進行電隔離。用光耦合器隔離的功率電晶體驅動電路中光耦合器件的光電二極體和光電三極體之間有良好的絕緣性能，在控制電路和驅動電路之間起電位隔離作用。光耦合器是小功率器件，它的輸出應根據需要採用一級或多級功率放大後驅動功率電晶體。