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电力晶体管的工作原理及结构、驱动电路图与保护电路图的介绍

出处 :HQBUY 发布时间 : 2021-04-21 关键词: 电力晶体管 阅读 :

摘要:电力晶体管是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管,所以有时也称为Power BJT;但其驱动电路复杂,驱动功率大;下文小编讲给大家介绍一下电力晶体管的工作原理及结构、驱动电路图与保护电路图。

电力晶体管(Giant Transistor / GTR)是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor / BJT),所以有时也称为Power BJT;但其驱动电路复杂,驱动功率大;GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。下文小编讲给大家介绍一下电力晶体管的工作原理及结构、驱动电路图与保护电路图。



  电力晶体管的工作原理及结构介绍


  工作原理


  在电力电子技术中,GTR主要工作在开关状态。GTR通常工作在正偏(Ib>0)时大电流导通;反偏(Ib<0=时处于截止状态。因此,给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号,它将工作于导通和截止的开关状态。


  结构


  电力晶体管(Giant Transistor)简称GTR又称BJT(Bipolar Junction Transistor),GTR和BJT这两个名称是等效的,结构和工作原理都和小功率晶体管非常相似。GTR由三层半导体、两个PN结组成。和小功率三极管一样,有PNP和NPN两种类型,GTR通常多用NPN结构。



  电力晶体管的驱动电路图介绍


  驱动电路性能不好,轻则使电力晶体管不能正常工作,重则导致电力晶体管损坏。其特性是决定电流上升率和动态饱和压降大小的重要因素之一。增加基极驱动电流使电流上升率增大,使电力晶体管饱和压降降低,从而减小开通损耗。过大的驱动电流,使电力晶体管饱和过深,退出饱和时间越长,对开关过程和减小关断损耗越不利。驱动电路是否具有快速保护功能,是决定电力晶体管在过电压或过电流后是否损坏的关键因素之一。


  电力晶体管的驱动电路种类很多,下面介绍一种分立元件电力晶体管的驱动电路,如图1所示。电路由电气隔离和晶体管放大电路两部分构成。电路中的二极管VD2和电位补偿二极管VD3组成贝克箝位抗饱和电路,可使电力晶体管导通时处于临界饱和状态。当负载轻时,如果V5的发射极电流全部注入V,会使V过饱和,关断时退饱和时间延长。有了贝克电路后,当V过饱和使得集电极电位低于基极电位时,VD2就会自动导通,使得多余的驱动电流流入集电极,维持Ubc≈0。这样,就使得V导通时始终处于临界饱和。图中的C2为加速开通过程的电容,开通时,R5被C2短路。这样就可以实现驱动电流的过冲,同时增加前沿的陡度,加快开通。另外,在V5导通时C2充电,充电的极性为左正右负,为电力晶体管的关断做做准备。当V5截止V6导通时,C2上的充电电压为V管的发射结施加反电压,从而电力晶体管迅速关断。


电力晶体管的驱动电路图

  电力晶体管的驱动电路图



  电力晶体管的几种保护电路图的介绍


  1.电力晶体管的过电流、短路保护


  由于电力晶体管存在二次击穿等问题,而且二次击穿很快,远远小于快速熔断器的熔断时间,因此诸如快速熔断器之类的过电流保护方法对电力晶体管类电力电子设备来说是无用的。


  电力晶体管的过电流保护要依赖于驱动和特殊的保护电路。


  1.1 电力晶体管的电压状态识别保护


  当电力晶体管处于过载或短路故障状态时,随着集电极电流的急剧增加,其基射极电压和集射极电压均发生相应变化,可利用这一特点对电力晶体管进行过载和短路保护。电路图如图2所示。


电力晶体管的电压状态识别保护

  电力晶体管的电压状态识别保护



  1.2 电力晶体管的桥臂互锁保护


  逆变器运行时,可能发生桥臂短路故障,造成器件损坏。只有确认同一桥臂的一个电力晶体管关断后,另一个电力晶体管才能导通。这样能防止两管同时导通,避免桥臂短路。


  电力晶体管的热容量极小,过电流能力很低,要求故障检测、信号传送及保护动作能瞬间完成,要在微秒级的时间内将电流限制在过载能力的限度以内。



  2. 电力晶体管的欠饱和过饱和保护


  电力晶体管的二次击穿多由于电力晶体管工作于过饱和状态引起的,而过基极驱动引起的过饱和又使电力晶体管的存储时间不必要地加长,直接影响着电力晶体管的开关频率,所以电力晶体管的过饱和及欠饱和保护对它的安全可靠工作有着极其重要的作用。通常欠饱和保护可根据被驱动电力晶体管的基射极电压降的高低来自动调节基极驱动电流的大小,构成准饱和基极驱动器来完成。