電力晶體管GTR課件

電力晶體管（GTR）

5.1

GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理

5.2

GTR的基本特性

5.3

GTR的主要參數(shù)

5.4

GTR的驅(qū)動第5章電力晶體管（GTR）5.1GTR的結(jié)構(gòu)和工作原1術(shù)語用法：電力晶體管（GiantTransistRr——GTR，直譯為巨型晶體管）耐高電壓、大電流的晶體管（BipRlarJunctiRnTransistRr——BJT），英文有時候也稱為PRwerBJT。在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱等效。

應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MRSFET取代。GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1術(shù)語用法：GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理5.12圖5.1GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動

a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號c)內(nèi)部載流子的流動5.1與普通的晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理圖5.1GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動5.3在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為

——GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流IceR時，ic和ib的關(guān)系為ic=ib+IceR產(chǎn)品說明書中通常給直流電流增益hFE——在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比。一般可認(rèn)為hFE。單管GTR的

值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。5.1GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。5.1GTR的結(jié)構(gòu)和工4

(1)

靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)圖5.2共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性GTR的基本特性5.2(1)

靜態(tài)特性圖5.2共發(fā)射極接法時GTR的輸出特5(2)

動態(tài)特性開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。增大ib的幅值并增大dib/dt，可縮短延遲時間，同時可縮短上升時間，從而加快開通過程。圖5.3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形5.2GTR的基本特性(2)

動態(tài)特性圖5.3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形6關(guān)斷過程儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff。ts是用來除去飽和導(dǎo)通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分。減小導(dǎo)通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度。負(fù)面作用是會使集電極和發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降Uces增加，從而增大通態(tài)損耗。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。5.2GTR的基本特性圖5.3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形關(guān)斷過程5.2GTR的基本特性圖5.3GTR的開通和關(guān)斷7

前已述及：電流放大倍數(shù)、直流電流增益hFE、集射極間漏電流IceR、集射極間飽和壓降Uces、開通時間tRn和關(guān)斷時間tRff

(此外還有)：

1)

最高工作電壓

GTR上電壓超過規(guī)定值時會發(fā)生擊穿擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。實(shí)際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比UceR低得多。GTR的主要參數(shù)5.3前已述及：電流放大倍數(shù)、直流電流增益h82)

集電極最大允許電流IcM通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時所對應(yīng)的Ic實(shí)際使用時要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。3)

集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率產(chǎn)品說明書中給PcM時同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。5.3GTR的主要參數(shù)2)

集電極最大允許電流IcM5.3GTR的9GTR的驅(qū)動電路5.41.GTR對基極驅(qū)動電路的基本要求

GTR的基極驅(qū)動電路可分為直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動兩種方式。直接驅(qū)動方式是指驅(qū)動電路與主電路之間直接連接。隔離驅(qū)動方式則是指驅(qū)動控制電路與主電路間沒有電的聯(lián)系，驅(qū)動信號是通過隔離元件間傳送的。相比較而言，隔離驅(qū)動方式由于具有一定的抗干擾能力，安全性高，在實(shí)際中應(yīng)用較多。GTR的驅(qū)動電路5.41.GTR對基極驅(qū)動電路的基本要求10GTR的驅(qū)動電路5.4通常，GTR驅(qū)動電路應(yīng)滿足以下基本要求：1）控制開通GTR時，驅(qū)動電流前沿要陡（小于1并有一定的過沖電流，以縮短開通時間，減小開通損耗。

），2）GTR導(dǎo)通后，應(yīng)相應(yīng)減小驅(qū)動電流，使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，且使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)，以降低驅(qū)動功率，縮短儲存時間。3）GTR關(guān)斷時，應(yīng)迅速加上足夠大的反向基極電流，迅速抽取基區(qū)的剩余載流子，確保GTR快速關(guān)斷，并減小關(guān)斷損耗。5）GTR的驅(qū)動電路要具有自動保護(hù)功能，以便在故障狀態(tài)下能快速自動切除基極驅(qū)動信號，避免GTR遭至損壞。

GTR的驅(qū)動電路5.4通常，GTR驅(qū)動電路應(yīng)滿足以下基本要求11GTR的驅(qū)動電路理想的GTR基極驅(qū)動電流波形如圖5.5所示。圖5.4理想的基極驅(qū)動電流波形5.4其中是GTR的基極電流初始值，是GTR導(dǎo)通后并恰好運(yùn)行于準(zhǔn)飽和狀態(tài)時的正向電流值，是當(dāng)GTR在關(guān)斷時所需施加的、足夠大的基極反向電流值。GTR的驅(qū)動電路理想的GTR基極驅(qū)動電流波形如圖5.5所示。12GTR的驅(qū)動電路5.42、貝克鉗位電路.為了提高GTR的工作速度，都以抗飽和的貝克鉗位電路作為基本電路。它使GTR工作在準(zhǔn)飽和狀態(tài)，提高了器件開關(guān)過程的快速性能，因此成為一種被廣泛采用的基本電路。電路的具體形式如圖5.5所示。利用此電路再配以固定的反向基極電流和固定的基極－發(fā)射極反向偏壓，即可獲得較為滿意的驅(qū)動效果。圖5.5貝克鉗位電路GTR的驅(qū)動電路5.42、貝克鉗位電路.為了提13GTR的驅(qū)動電路5.4基極驅(qū)動電流信號由A點(diǎn)分三路與GTR相連接。二極管VD1與GTR的集電極相連，保證在正向驅(qū)動狀態(tài)C點(diǎn)比A點(diǎn)電位低一個二極管壓降的數(shù)值，這樣GTR的集電極至多處于零偏置狀態(tài)而決不會出現(xiàn)正偏置狀態(tài)，即GTR不可能進(jìn)入深飽和區(qū)。二極管VD1稱為鉗位二極管，它相當(dāng)于一個溢流閥的作用，使過量的輸入驅(qū)動電流不會全部流入GTR的基極，而經(jīng)VD1分路至GTR的集電極一部分，從而保證GTR始終處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)。這樣明顯地降低了存儲時間，提高了GTR的開關(guān)速度。圖5.5貝克鉗位電路GTR的驅(qū)動電路5.4基極驅(qū)動電流信號由A點(diǎn)分三路與GT14GTR的驅(qū)動電路5.4基極支路中串連的二極管VD2和VD3用來調(diào)整GTR的基極電流數(shù)值，從而可以改變GTR的飽和程度。與VD2、VD3反并聯(lián)的二極管VD5為反向抽走基區(qū)載流子提供了電流通路，從而加快了GTR的關(guān)斷過程。圖5.5貝克鉗位電路GTR的驅(qū)動電路5.4基極支路中串連的二極管VD2和VD15GTR的驅(qū)動電路圖5.6基極驅(qū)動電路實(shí)例15.43.基極驅(qū)動電路實(shí)例

1）由分立元件組成的驅(qū)動電路GTR的驅(qū)動電路圖5.6基極驅(qū)動電路實(shí)例15.43.基16GTR的驅(qū)動電路5.4圖5.6是一種高效自保護(hù)GTR基極驅(qū)動電路。它不但能對GTR電路的過載提供快速可靠的保護(hù)，而且可以改善GTR的開關(guān)特性，縮短開關(guān)時間，降低驅(qū)動功率和提高驅(qū)動效率。電路由信號隔離電路、過載檢測電路、控制信號綜合電路和自適應(yīng)雙極性輸出電路組成。圖5.6門極驅(qū)動電路實(shí)例1GTR的驅(qū)動電路5.4圖5.6是一種高效自保護(hù)G17GTR的驅(qū)動電路5.4

信號隔離電路由發(fā)光二極管和晶體三極管組成，它將邏輯控制電路與驅(qū)動電路進(jìn)行了電氣隔離并且將信號進(jìn)行預(yù)放大。

過載檢測電路由二極管VD6和比較器311組成。當(dāng)GTR集射極間管壓降高于某一規(guī)定值時，比較器311發(fā)出過載保護(hù)信號?？刂菩盘柧C合電路由三極管VT2構(gòu)成，其任務(wù)是將正常的開關(guān)驅(qū)動信號與過載禁止信號疊加處理后送給輸出級。自適應(yīng)雙極性輸出電路由三極管VT3、VT4、VT5和二極管VD7組成，它起到提高開關(guān)速度的作用。GTR的驅(qū)動電路5.4信號隔離電路由發(fā)光二極管和晶體三極管18GTR的驅(qū)動電路5.4該電路采用了自適應(yīng)驅(qū)動方式，它由跨接在GTR集電極和晶體管VT5基極之間的二極管VD7來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)GTR導(dǎo)通后，E點(diǎn)電位低于D點(diǎn)電位時，VD7導(dǎo)通。由于VD7的分流作用使VT5的基極電流下降，導(dǎo)致GTR的基極驅(qū)動電流下降，GTR飽和程度減小，進(jìn)而又使E點(diǎn)電位回升。由于VD7的管壓降與VT5發(fā)射結(jié)壓降近似相等，所以通過以上的自動調(diào)節(jié)過程使GTR的，即在0.7V左右，由此來保證GTR工作于準(zhǔn)飽和區(qū)。GTR的驅(qū)動電路5.4該電路采用了自適應(yīng)驅(qū)動方式19GTR的驅(qū)動電路5.4與圖5.5所示的基本貝克鉗位電路相比，自適應(yīng)驅(qū)動方式省掉了串聯(lián)二極管VD3和反并聯(lián)二極管VD5，并且由于對基極的分流是在前級驅(qū)動管VT5的基極進(jìn)行的，在GTR輕載時流過VD2的電流比貝克鉗位電路中流過VD1的電流小得多，減小了驅(qū)動電流的損失，因而有利于驅(qū)動效率的提高。該電路能夠在驅(qū)動電路中實(shí)現(xiàn)GTR本身過載的快速保護(hù)，在GTR導(dǎo)通期間不允許其管壓降過高，能夠避免造成功耗過大。電路中的一些輔助元件如光電耦合器、加速電容、泄放電阻以及由二極管VD3和VD5組成的VT3管抗飽和電路等均可減少驅(qū)動電路本身的開關(guān)時間，進(jìn)而改善主電路的開關(guān)波形。GTR的驅(qū)動電路5.4與圖5.5所示的基本貝克鉗位電路相比，20GTR的驅(qū)動電路5.42）集成化基極驅(qū)動電路由分立元件組成的基極驅(qū)動電路都存在著電路組件多、電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差和使用不便等缺點(diǎn)。大規(guī)模集成化基極驅(qū)動電路的出現(xiàn)不但解決了這些問題，同時還增加了電路保護(hù)功能。

UAA4002是法國THOMSON公司生產(chǎn)的專業(yè)集成化基極驅(qū)動電路芯片，是大規(guī)模集成化基極驅(qū)動電路的典型代表。它的完善的設(shè)計使其可對被驅(qū)動的電力晶體管實(shí)現(xiàn)過電流、最大導(dǎo)通時間、最小導(dǎo)通時間、欠飽和、過飽和及驅(qū)動電源正負(fù)電壓欠電壓保護(hù)和芯片自身工作溫度的檢測和保護(hù)等功能。GTR的驅(qū)動電路5.42）集成化基極驅(qū)動電路由21GTR的驅(qū)動電路5.4（1）UAA4002的主要設(shè)計特點(diǎn)①可為用戶脈沖形成部分與被驅(qū)動的功率晶體管之間提供理想的匹配。它是一個智能接口，其輸入與TTL電平及CMOS電平均兼容，其輸入信號與輸出信號之間的延時時間可人為調(diào)節(jié)。②能把接收到的、以邏輯信號輸入的功率晶體管的導(dǎo)通信息，轉(zhuǎn)變?yōu)榧拥焦β示w管上的基極電流，來保證開關(guān)晶體管運(yùn)行于臨界飽和的最佳狀態(tài)，從而顯著減少了開關(guān)晶體管關(guān)斷過程中的存儲時間。UAA5002可為開關(guān)晶體管提供一個最大為0.5A的正向基極驅(qū)動電流，且電路自身的設(shè)計保證了這一電流值可以通過增加一個或幾個外部晶體管加以放大。③可為開關(guān)晶體管提供一個幅值為3A的反向基極電流，這一電流值足以使晶體管快速關(guān)斷，保證了晶體管集電極電流的下降時間極短，從而顯著減少了關(guān)斷損耗。同樣，反向基極電流亦可增加一個或幾個外部晶體管來放大。④應(yīng)用封裝于它內(nèi)部的高速邏輯處理器來保護(hù)開關(guān)晶體管。在晶體管導(dǎo)通過程中，該處理器監(jiān)控晶體管的集射結(jié)飽和壓降和晶體管的集電極電流，同時也監(jiān)控本集成塊工作的正負(fù)電源電壓和芯片的工作溫度。該邏輯處理器的最大和最小導(dǎo)通時間可由用戶設(shè)定。⑤UAA4002的有些功能是可刪除的，用戶可根據(jù)實(shí)際需要取舍。GTR的驅(qū)動電路5.4（1）UAA4002的主要設(shè)計特點(diǎn)①22GTR的驅(qū)動電路5.4（2）引腳排列、名稱、功能和用法UAA4002為標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式16引腳封閉的集成電路，它的引腳排列見圖5.7。各引腳名稱、功能和用法見表5.1。圖5.7UAA5002管腳GTR的驅(qū)動電路5.4（2）引腳排列、名稱、功能和用法235.4引腳號符號功能用法1IB2反向基極驅(qū)動電流輸出端直接驅(qū)動電流為50A以下的達(dá)林頓管時，直接與被驅(qū)動的功率管的基極相連；經(jīng)功率放大后驅(qū)動電流為50A以上的達(dá)林頓管時，接功率放大單元第一級的PNP管基極2－UCC負(fù)電源電壓輸入端電壓的合適值為－5～－5V3INH刪除或降低功率晶體管導(dǎo)通能力控制端系統(tǒng)不需用此功能時，將該端接地5SE工作方式選擇控制端有“電平”和“脈沖”兩種工作方式5E功率晶體管的基極驅(qū)動信號輸入端接光耦合器或脈沖變壓器的二次側(cè)，實(shí)現(xiàn)與脈沖形成部分的隔離6

R—負(fù)電源電壓監(jiān)控保護(hù)動作電平設(shè)置端通過外接電阻r—與負(fù)電源相連7

RT控制端，是內(nèi)部偏置電流與邏輯處理器工作時間設(shè)置端可通過一外接電阻rT接地8

CT最大導(dǎo)通時間ton(max)設(shè)置端通過一外部電容接地9GND接地端提供整個UAA5002工作的參考地電平10RD的延時通過外接電阻rD接地11

RSD被驅(qū)動的功率晶體管退飽和保護(hù)門檻設(shè)置端通過外接電阻rSd接地12IC功率晶體管集電極電流限制保護(hù)輸入端直接接到晶體管發(fā)射極的分流器或電流互感器的一個輸出端13UCE被驅(qū)動的功率晶體管集電極與發(fā)射極間電壓檢測輸入端通過正極接到該端，負(fù)極接到功率晶體管集電極的二極管與被驅(qū)動的晶體管相連15＋UCC正電源電壓輸入端通常取10～15V15U＋輸出級電源輸入端通過一個外接電阻接到＋UCC16IB1反向基極驅(qū)動電流輸出端直接驅(qū)動電流為50A以下的達(dá)林頓管時，該端通過一外接電阻RB接被驅(qū)動的功率管的基極；經(jīng)功率放大后驅(qū)動電流為50A以上的達(dá)林頓管時，該端通過一外接電阻接功率放大單元第一級的PNP管基極表5.1UAA4002的引腳說明GTR的驅(qū)動電路5.4引腳號符號功能用24GTR的驅(qū)動電路5.4（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理簡介在UAA4002的內(nèi)部集成有自身工作電源電壓檢測及檢測的兩個單元、一個輸入接口邏輯、一個邏輯處理器、一個輸出脈沖最大導(dǎo)通時間和一個輸出脈沖最小導(dǎo)通時間設(shè)置單元、兩個用來進(jìn)行過電流或欠飽和保護(hù)的比較器、一個正向輸出脈沖放大與一個負(fù)向輸出脈沖放大網(wǎng)絡(luò)。圖5.8UAA4002的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖GTR的驅(qū)動電路5.4（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理簡介25GTR的驅(qū)動電路5.4（5）實(shí)際應(yīng)用電路圖5.9UAA4002的實(shí)際應(yīng)用電路圖GTR的驅(qū)動電路5.4（5）實(shí)際應(yīng)用電路圖5.9UA26當(dāng)前的格局:

IGBT為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平2.5kV/1.8kA，兆瓦以下首選。仍在不斷發(fā)展，與IGCT等新器件激烈競爭，試圖在兆瓦以上取代GTR。GTR：兆瓦以上首選，制造水平6kV/6kA。光控晶閘管：功率更大場合，8kV/3.5kA，裝置最高達(dá)300MVA，容量最大。電力MOSFET：長足進(jìn)步，中小功率領(lǐng)域特別是低壓，地位牢固。本章小結(jié)當(dāng)前的格局:本章小結(jié)27電力晶體管（GTR）

5.1

GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理

5.2

GTR的基本特性

5.3

GTR的主要參數(shù)

5.4

GTR的驅(qū)動第5章電力晶體管（GTR）5.1GTR的結(jié)構(gòu)和工作原28術(shù)語用法：電力晶體管（GiantTransistRr——GTR，直譯為巨型晶體管）耐高電壓、大電流的晶體管（BipRlarJunctiRnTransistRr——BJT），英文有時候也稱為PRwerBJT。在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱等效。

應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MRSFET取代。GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1術(shù)語用法：GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理5.129圖5.1GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動

a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號c)內(nèi)部載流子的流動5.1與普通的晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理圖5.1GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動5.30在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為

——GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流IceR時，ic和ib的關(guān)系為ic=ib+IceR產(chǎn)品說明書中通常給直流電流增益hFE——在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比。一般可認(rèn)為hFE。單管GTR的

值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。5.1GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。5.1GTR的結(jié)構(gòu)和工31

(1)

靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)圖5.2共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性GTR的基本特性5.2(1)

靜態(tài)特性圖5.2共發(fā)射極接法時GTR的輸出特32(2)

動態(tài)特性開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。增大ib的幅值并增大dib/dt，可縮短延遲時間，同時可縮短上升時間，從而加快開通過程。圖5.3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形5.2GTR的基本特性(2)

動態(tài)特性圖5.3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形33關(guān)斷過程儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff。ts是用來除去飽和導(dǎo)通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分。減小導(dǎo)通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度。負(fù)面作用是會使集電極和發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降Uces增加，從而增大通態(tài)損耗。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。5.2GTR的基本特性圖5.3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形關(guān)斷過程5.2GTR的基本特性圖5.3GTR的開通和關(guān)斷34

前已述及：電流放大倍數(shù)、直流電流增益hFE、集射極間漏電流IceR、集射極間飽和壓降Uces、開通時間tRn和關(guān)斷時間tRff

(此外還有)：

1)

最高工作電壓

GTR上電壓超過規(guī)定值時會發(fā)生擊穿擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。實(shí)際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比UceR低得多。GTR的主要參數(shù)5.3前已述及：電流放大倍數(shù)、直流電流增益h352)

集電極最大允許電流IcM通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時所對應(yīng)的Ic實(shí)際使用時要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。3)

集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率產(chǎn)品說明書中給PcM時同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。5.3GTR的主要參數(shù)2)

集電極最大允許電流IcM5.3GTR的36GTR的驅(qū)動電路5.41.GTR對基極驅(qū)動電路的基本要求

GTR的基極驅(qū)動電路可分為直接驅(qū)動和隔離驅(qū)動兩種方式。直接驅(qū)動方式是指驅(qū)動電路與主電路之間直接連接。隔離驅(qū)動方式則是指驅(qū)動控制電路與主電路間沒有電的聯(lián)系，驅(qū)動信號是通過隔離元件間傳送的。相比較而言，隔離驅(qū)動方式由于具有一定的抗干擾能力，安全性高，在實(shí)際中應(yīng)用較多。GTR的驅(qū)動電路5.41.GTR對基極驅(qū)動電路的基本要求37GTR的驅(qū)動電路5.4通常，GTR驅(qū)動電路應(yīng)滿足以下基本要求：1）控制開通GTR時，驅(qū)動電流前沿要陡（小于1并有一定的過沖電流，以縮短開通時間，減小開通損耗。

），2）GTR導(dǎo)通后，應(yīng)相應(yīng)減小驅(qū)動電流，使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，且使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)，以降低驅(qū)動功率，縮短儲存時間。3）GTR關(guān)斷時，應(yīng)迅速加上足夠大的反向基極電流，迅速抽取基區(qū)的剩余載流子，確保GTR快速關(guān)斷，并減小關(guān)斷損耗。5）GTR的驅(qū)動電路要具有自動保護(hù)功能，以便在故障狀態(tài)下能快速自動切除基極驅(qū)動信號，避免GTR遭至損壞。

GTR的驅(qū)動電路5.4通常，GTR驅(qū)動電路應(yīng)滿足以下基本要求38GTR的驅(qū)動電路理想的GTR基極驅(qū)動電流波形如圖5.5所示。圖5.4理想的基極驅(qū)動電流波形5.4其中是GTR的基極電流初始值，是GTR導(dǎo)通后并恰好運(yùn)行于準(zhǔn)飽和狀態(tài)時的正向電流值，是當(dāng)GTR在關(guān)斷時所需施加的、足夠大的基極反向電流值。GTR的驅(qū)動電路理想的GTR基極驅(qū)動電流波形如圖5.5所示。39GTR的驅(qū)動電路5.42、貝克鉗位電路.為了提高GTR的工作速度，都以抗飽和的貝克鉗位電路作為基本電路。它使GTR工作在準(zhǔn)飽和狀態(tài)，提高了器件開關(guān)過程的快速性能，因此成為一種被廣泛采用的基本電路。電路的具體形式如圖5.5所示。利用此電路再配以固定的反向基極電流和固定的基極－發(fā)射極反向偏壓，即可獲得較為滿意的驅(qū)動效果。圖5.5貝克鉗位電路GTR的驅(qū)動電路5.42、貝克鉗位電路.為了提40GTR的驅(qū)動電路5.4基極驅(qū)動電流信號由A點(diǎn)分三路與GTR相連接。二極管VD1與GTR的集電極相連，保證在正向驅(qū)動狀態(tài)C點(diǎn)比A點(diǎn)電位低一個二極管壓降的數(shù)值，這樣GTR的集電極至多處于零偏置狀態(tài)而決不會出現(xiàn)正偏置狀態(tài)，即GTR不可能進(jìn)入深飽和區(qū)。二極管VD1稱為鉗位二極管，它相當(dāng)于一個溢流閥的作用，使過量的輸入驅(qū)動電流不會全部流入GTR的基極，而經(jīng)VD1分路至GTR的集電極一部分，從而保證GTR始終處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)。這樣明顯地降低了存儲時間，提高了GTR的開關(guān)速度。圖5.5貝克鉗位電路GTR的驅(qū)動電路5.4基極驅(qū)動電流信號由A點(diǎn)分三路與GT41GTR的驅(qū)動電路5.4基極支路中串連的二極管VD2和VD3用來調(diào)整GTR的基極電流數(shù)值，從而可以改變GTR的飽和程度。與VD2、VD3反并聯(lián)的二極管VD5為反向抽走基區(qū)載流子提供了電流通路，從而加快了GTR的關(guān)斷過程。圖5.5貝克鉗位電路GTR的驅(qū)動電路5.4基極支路中串連的二極管VD2和VD42GTR的驅(qū)動電路圖5.6基極驅(qū)動電路實(shí)例15.43.基極驅(qū)動電路實(shí)例

1）由分立元件組成的驅(qū)動電路GTR的驅(qū)動電路圖5.6基極驅(qū)動電路實(shí)例15.43.基43GTR的驅(qū)動電路5.4圖5.6是一種高效自保護(hù)GTR基極驅(qū)動電路。它不但能對GTR電路的過載提供快速可靠的保護(hù)，而且可以改善GTR的開關(guān)特性，縮短開關(guān)時間，降低驅(qū)動功率和提高驅(qū)動效率。電路由信號隔離電路、過載檢測電路、控制信號綜合電路和自適應(yīng)雙極性輸出電路組成。圖5.6門極驅(qū)動電路實(shí)例1GTR的驅(qū)動電路5.4圖5.6是一種高效自保護(hù)G44GTR的驅(qū)動電路5.4

信號隔離電路由發(fā)光二極管和晶體三極管組成，它將邏輯控制電路與驅(qū)動電路進(jìn)行了電氣隔離并且將信號進(jìn)行預(yù)放大。

過載檢測電路由二極管VD6和比較器311組成。當(dāng)GTR集射極間管壓降高于某一規(guī)定值時，比較器311發(fā)出過載保護(hù)信號。控制信號綜合電路由三極管VT2構(gòu)成，其任務(wù)是將正常的開關(guān)驅(qū)動信號與過載禁止信號疊加處理后送給輸出級。自適應(yīng)雙極性輸出電路由三極管VT3、VT4、VT5和二極管VD7組成，它起到提高開關(guān)速度的作用。GTR的驅(qū)動電路5.4信號隔離電路由發(fā)光二極管和晶體三極管45GTR的驅(qū)動電路5.4該電路采用了自適應(yīng)驅(qū)動方式，它由跨接在GTR集電極和晶體管VT5基極之間的二極管VD7來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)GTR導(dǎo)通后，E點(diǎn)電位低于D點(diǎn)電位時，VD7導(dǎo)通。由于VD7的分流作用使VT5的基極電流下降，導(dǎo)致GTR的基極驅(qū)動電流下降，GTR飽和程度減小，進(jìn)而又使E點(diǎn)電位回升。由于VD7的管壓降與VT5發(fā)射結(jié)壓降近似相等，所以通過以上的自動調(diào)節(jié)過程使GTR的，即在0.7V左右，由此來保證GTR工作于準(zhǔn)飽和區(qū)。GTR的驅(qū)動電路5.4該電路采用了自適應(yīng)驅(qū)動方式46GTR的驅(qū)動電路5.4與圖5.5所示的基本貝克鉗位電路相比，自適應(yīng)驅(qū)動方式省掉了串聯(lián)二極管VD3和反并聯(lián)二極管VD5，并且由于對基極的分流是在前級驅(qū)動管VT5的基極進(jìn)行的，在GTR輕載時流過VD2的電流比貝克鉗位電路中流過VD1的電流小得多，減小了驅(qū)動電流的損失，因而有利于驅(qū)動效率的提高。該電路能夠在驅(qū)動電路中實(shí)現(xiàn)GTR本身過載的快速保護(hù)，在GTR導(dǎo)通期間不允許其管壓降過高，能夠避免造成功耗過大。電路中的一些輔助元件如光電耦合器、加速電容、泄放電阻以及由二極管VD3和VD5組成的VT3管抗飽和電路等均可減少驅(qū)動電路本身的開關(guān)時間，進(jìn)而改善主電路的開關(guān)波形。GTR的驅(qū)動電路5.4與圖5.5所示的基本貝克鉗位電路相比，47GTR的驅(qū)動電路5.42）集成化基極驅(qū)動電路由分立元件組成的基極驅(qū)動電路都存在著電路組件多、電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差和使用不便等缺點(diǎn)。大規(guī)模集成化基極驅(qū)動電路的出現(xiàn)不但解決了這些問題，同時還增加了電路保護(hù)功能。

UAA4002是法國THOMSON公司生產(chǎn)的專業(yè)集成化基極驅(qū)動電路芯片，是大規(guī)模集成化基極驅(qū)動電路的典型代表。它的完善的設(shè)計使其可對被驅(qū)動的電力晶體管實(shí)現(xiàn)過電流、最大導(dǎo)通時間、最小導(dǎo)通時間、欠飽和、過飽和及驅(qū)動電源正負(fù)電壓欠電壓保護(hù)和芯片自身工作溫度的檢測和保護(hù)等功能。GTR的驅(qū)動電路5.42）集成化基極驅(qū)動電路由48GTR的驅(qū)動電路5.4（1）UAA4002的主要設(shè)計特點(diǎn)①可為用戶脈沖形成部分與被驅(qū)動的功率晶體管之間提供理想的匹配。它是一個智能接口，其輸入與TTL電平及CMOS電平均兼容，其輸入信號與輸出信號之間的延時時間可人為調(diào)節(jié)。②能把接收到的、以邏輯信號輸入的功率晶體管的導(dǎo)通信息，轉(zhuǎn)變?yōu)榧拥焦β示w管上的基極電流，來保證開關(guān)晶體管運(yùn)行于臨界飽和的最佳狀態(tài)，從而顯著減少了開關(guān)晶體管關(guān)斷過程中的存儲時間。UAA5002可為開關(guān)晶體管提供一個最大為0.5A的正向基極驅(qū)動電流，且電路自身的設(shè)計保證了這一電流值可以通過增加一個或幾個外部晶體管加以放大。③可為開關(guān)晶體管提供一個幅值為3A的反向基極電流，這一電流值足以使晶體管快速關(guān)斷，保證了晶體管集電極電流的下降時間極短，從而顯著減少了關(guān)斷損耗。同樣，反向基極電流亦可增加一個或幾個外部晶體管來放大。④應(yīng)用封裝于它內(nèi)部的高速邏輯處理器來保護(hù)開關(guān)晶體管。在晶體管導(dǎo)通過程中，該處理器監(jiān)控晶體管的集射結(jié)飽和壓降和晶體管的集電極電流，同時也監(jiān)控本集成塊工作的正負(fù)電源電壓和芯片的工作溫度。該邏輯處理器的最大和最小導(dǎo)通時間可由用戶設(shè)定。⑤UAA4002的有些功能是可刪除的，用戶可根據(jù)實(shí)際需要取舍。GTR的驅(qū)動電路5.4（1）UAA4002的主要設(shè)計特點(diǎn)①49GTR的驅(qū)動電路5.4（2）引腳排列、名稱、功能和用法UAA4002為標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式16引腳封閉的集成電路，它的引腳排列見圖5.7。各引腳名稱、功能和用法見表5.1。圖5.7UAA5002管腳GTR的驅(qū)動電路5.4（2）引腳排列、名稱、功能和用法