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功率晶体管基极驱动电路

简介

使功率晶体管按信号要求导通或截止的基极控制电路。用于控制电力电子电路中的功率晶体管的通断。在电力电子电路中,功率晶体管均作开关元件使用,因所控制的功率较大,基极控制电路与一般晶体管基极控制电路有所不同。对功率晶体管基极驱动电路的一般要求是:当信号要求功率晶体管导通时,提供足够大的基极驱动电流使其饱和导通;当信号要求功率晶体管截止时,切断基极电流或提供负的基极电流。

功率晶体管基极驱动电路概述

简单的功率晶体管驱动电路 当信号电压是高电平时,驱动晶体管G的基极流入一定的电流,G进入放大状态。G的发射极电流大部分成为功率晶体管T的基极电流,使功率晶体管饱和导通。

当信号电压是低电平时,驱动晶体管 G截止,切断功率晶体管T的基极电流,使T截止(图1)。功率晶体管所要求的基极驱动电 流与集电极电流成正比,与它自己的电流放大倍数成反比。当功率晶体管的集电极电流较大时,仅一级驱动晶体管放大往往不能满足功率晶体管基极驱动的需要,这时G可采用复合晶体管,以增加功率晶体管基极驱动电流。

具有反向偏压的基极驱动电路 用于要求功率晶体管关断时间较短的场合。用切断基极电流的方式使功率晶体管截止时,功率晶体管关断时间很长,可达数十微秒。在关断时间内功率晶体管产生很大的损耗,限制了它的工作频率。

用反向偏压抽取负的基极电流可以缩短功率晶体管的关断时间。图2是具有反向偏压的基极驱动电路产生的基极电流波形。当基极电流Ib1足够大时,功率晶体管饱和导通。在关断功率晶体管时,使其基极流过一个负的偏置电流Ib2,抽取少数载流子,以减小关断时间。

这种电路中,用独立电源作为反向偏压。信号电压是高电平时,驱动晶体管的发射极电流为功率晶体管提供正基极电流Ib1,使功率晶体管饱和导通。信号电压是低 电平时,驱动晶体管截止,负偏压电源提供负的基极电流Ib2。这种电路的正负基极电流分别可调,负偏电压值不受信号宽度的影响,使用较方便。在图2的电路里,信号电压是高电平时,晶体管G导通,为功率晶体管提供正向基极电流。这时,电容C被充上左正右负的电压。当信号电压为低电平时,电容C的电压通过R2为功率晶体管提供负的基极电流。这种电路结构简单,但不能适应导通脉冲很窄的工作情况。

抗饱和基极驱动电路 在高频应用时,仅在功率晶体管基极加反向偏压,关断速度仍不够快。图3是加速关断的抗饱和基极驱动电路。

当信号电压是高电平时,驱动晶体管G的部分发射极电流通过D1为功率晶体管T提供基极电流,使T导通。如T饱和得较深,则它的集电极电位低于基极电位,D2就导通,使G的部分发射极电流流入D2,以减少流入D1的基极电流,使功率晶体管退出深饱和区,始终工作于准饱和工作状态

当信号电平变低时,G截止,负偏电压E2通过R2,D3为功率晶体管提供一个负的基极电流,功率管迅速地关断。

抗饱和基极驱动电路可以明显地减短关断时间,且线路简单,被广泛地应用于高频工作的功率晶体管的驱动电路中。它的主要缺点是功率晶体管导通时压降较高,通态损耗较大。

光耦合器隔离的功率晶体管驱动电路 为了用同一个控制电路驱动不同电位的功率晶体管,需用光耦合器或脉冲变压器在控制电路和功率管基极之间进行电隔离。用光耦合器隔离的功率晶体管驱动电路中光耦合器件的光电二极管和光电三极管之间有良好的绝缘性能,在控制电路和驱动电路之间起电位隔离作用。光耦合器是小功率器件,它的输出应根据需要采用一级或多级功率放大后驱动功率晶体管。

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功率晶体管基极驱动电路造价信息

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功率晶体管基极驱动电路常见问题

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功率晶体管基极驱动电路文献

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开关驱动电路(6)

双极型功率晶体管晶体管

通常简称功率晶体管。 其中大容量型又称巨型晶体管,简称GTR。功率晶体管一般为功率集成器件,内含数十至数百个晶体管单元。图1是功率晶体管的符号,其上e、b、c分别代表发射极、基极和集电极。按半导体的类型,器件被分成NPN型和PNP型两种,硅功率晶体管多为前者。

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功率场效应晶体管栅极驱动电路简介

电路组成

使功率场效应晶体管按信号的要求导通或截止的电路。用于控制电力电子电路中的功率场效应晶体管的通断。功率场效应晶体管是电压控制器件,只要栅极驱动电路提供合适的栅极电压,即能保证元件的可靠通断。因栅极驱动电流较小,所以驱动电路比较简单。在工作频率较低的应用场合,常用集成逻辑电路或集成模拟电路等直接驱动功率场效应晶体管。图1是用集成与非门直接驱动功率场效应晶体管的电路。当与非门输出高电平时,功率场效应晶体管导通;当与非门输出低电平时,功率场效应晶体管关断。

功率场效应晶体管能作为高速开关器件,但必须使用与其相适应的高速驱动电路。在高频应用时,要求驱动电路的输出电阻较小,以提高栅极输入电容的充放电速度;另一方面,要求驱动电路的驱动功率较大。在用同一个控制电路驱动不同电位的功率场效应晶体管的情况下,需将控制电路和功率场效应晶体管之间用光耦合器或脉冲变压器隔离。图2是光耦合器隔离的栅极驱动电路。它采用互补晶体管输出。输出阻抗小,驱动功率大。

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功率MOS场效应晶体管与双极型功率晶体管对比

功率MOSFET场效应管从驱动模式上看,属于电压型驱动控制元件,驱动电路的设计比较简单,所需驱动功率很小。采用功率MOSFET场效应作为开关电源中的功率开关,在启动或稳态工作条件下,功率MOSFET场效应管的峰值电流要比采用双极型功率晶体管小得多。功率场效应管与双极型功率晶体管之间的特性比较如下:

1. 驱动方式:场效应管是电压驱动,电路设计比较简单,驱动功率小;功率晶体管是电流驱动,设计较复杂,驱动条件选择困难,驱动条件会影响开关速度。

2. 开关速度:场效应管无少数载流子存储效应,温度影响小,开关工作频率可达150KHz以上;功率晶体管有少数载流子存储时间限制其开关速度,工作频率一般不超过50KHz。

3. 安全工作区:功率场效应管无二次击穿,安全工作区宽;功率晶体管存在二次击穿现象,限制了安全工作区。

4. 导体电压:功率场效应管属于高电压型,导通电压较高,有正温度系数;功率晶体管无论耐电压的高低,导体电压均较低,具有负温度系数。

5. 峰值电流:功率场效应管在开关电源中用做开关时,在启动和稳态工作时,峰值电流较低;而功率晶体管在启动和稳态工作时,峰值电流较高。

6. 产品成本:功率场效应管的成本略高;功率晶体管的成本稍低。

7. 热击穿效应:功率场效应管无热击穿效应;功率晶体管有热击穿效应。

8. 开关损耗:场效应管的开关损耗很小;功率晶体管的开关损耗比较大。

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