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  • 電力晶體管的驅(qū)動和保護(hù)介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2021-11-26 18:52:45
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    電力晶體管的驅(qū)動和保護(hù)介紹
    由于電力晶體管既具備晶體管飽和壓降低、開關(guān)時(shí)間短和安全工作區(qū)寬等固有特性,又增大了功率容量;因此由它所組成的電路靈活、成熟、開關(guān)損耗小、開關(guān)時(shí)間短,在電源、電機(jī)控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是驅(qū)動電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞,所以為了解決這些問題,電力晶體管設(shè)置了驅(qū)動電路與保護(hù)電路,它們有什么功能?下面一起來看看:
    1.驅(qū)動電路
    驅(qū)動電路性能不好,輕則使電力晶體管不能正常工作,重則導(dǎo)致電力晶體管損壞。其特性是決定電流上升率和動態(tài)飽和壓降大小的重要因素之一。增加基極驅(qū)動電流使電流上升率增大,使電力晶體管飽和壓降降低,從而減小開通損耗。過大的驅(qū)動電流,使電力晶體管飽和過深,退出飽和時(shí)間越長,對開關(guān)過程和減小關(guān)斷損耗越不利。驅(qū)動電路是否具有快速保護(hù)功能,是決定電力晶體管在過電壓或過電流后是否損壞的關(guān)鍵因素之一。
    電力晶體管的驅(qū)動電路種類很多,下面介紹一種分立元件電力晶體管的驅(qū)動電路,如圖1所示。電路由電氣隔離和晶體管放大電路兩部分構(gòu)成。電路中的二極管VD2和電位補(bǔ)償二極管VD3組成貝克箝位抗飽和電路,可使電力晶體管導(dǎo)通時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載輕時(shí),如果V5的發(fā)射極電流全部注入V,會使V過飽和,關(guān)斷時(shí)退飽和時(shí)間延長。有了貝克電路后,當(dāng)V過飽和使得集電極電位低于基極電位時(shí),VD2就會自動導(dǎo)通,使得多余的驅(qū)動電流流入集電極,維持Ubc≈0。這樣,就使得V導(dǎo)通時(shí)始終處于臨界飽和。圖中的C2為加速開通過程的電容,開通時(shí),R5被C2短路。這樣就可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電流的過沖,同時(shí)增加前沿的陡度,加快開通。另外,在V5導(dǎo)通時(shí)C2充電,充電的極性為左正右負(fù),為電力晶體管的關(guān)斷做做準(zhǔn)備。當(dāng)V5截止V6導(dǎo)通時(shí),C2上的充電電壓為V管的發(fā)射結(jié)施加反電壓,從而電力晶體管迅速關(guān)斷。
    晶體管
    圖1 分立元件電力晶體管的驅(qū)動電路
    2.保護(hù)電路
    (1)過電流、短路保護(hù)
    由于電力晶體管存在二次擊穿等問題,而且二次擊穿很快,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于快速熔斷器的熔斷時(shí)間,因此諸如快速熔斷器之類的過電流保護(hù)方法對電力晶體管類電力電子設(shè)備來說是無用的。
    電力晶體管的過電流保護(hù)要依賴于驅(qū)動和特殊的保護(hù)電路。
    (a)電壓狀態(tài)識別保護(hù)
    當(dāng)電力晶體管處于過載或短路故障狀態(tài)時(shí),隨著集電極電流的急劇增加,其基射極電壓和集射極電壓均發(fā)生相應(yīng)變化,可利用這一特點(diǎn)對電力晶體管進(jìn)行過載和短路保護(hù)。電路圖如圖2所示。
    晶體管
    圖2 電壓識別保護(hù)電路
    (b)橋臂互鎖保護(hù)
    逆變器運(yùn)行時(shí),可能發(fā)生橋臂短路故障,造成器件損壞。只有確認(rèn)同一橋臂的一個(gè)電力晶體管關(guān)斷后,另一個(gè)電力晶體管才能導(dǎo)通。這樣能防止兩管同時(shí)導(dǎo)通,避免橋臂短路。
    電力晶體管的熱容量極小,過電流能力很低,要求故障檢測、信號傳送及保護(hù)動作能瞬間完成,要在微秒級的時(shí)間內(nèi)將電流限制在過載能力的限度以內(nèi)。
    (2)欠飽和過飽和保護(hù)
    電力晶體管的二次擊穿多由于電力晶體管工作于過飽和狀態(tài)引起的,而過基極驅(qū)動引起的過飽和又使電力晶體管的存儲時(shí)間不必要地加長,直接影響著電力晶體管的開關(guān)頻率,所以電力晶體管的過飽和及欠飽和保護(hù)對它的安全可靠工作有著極其重要的作用。通常欠飽和保護(hù)可根據(jù)被驅(qū)動電力晶體管的基射極電壓降的高低來自動調(diào)節(jié)基極驅(qū)動電流的大小,構(gòu)成準(zhǔn)飽和基極驅(qū)動器來完成。
    以上就是電力晶體管的驅(qū)動與保護(hù)介紹了。電力晶體管與一般雙極型晶體管有相似的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。它們都是3層半導(dǎo)體,2個(gè)PN結(jié)的三端器件,有PNP和NPN這2種類型;但是,目前電力晶體管多采用NPN型。
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