[科普中国]-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。

功率晶体管的特性编辑

1、通态特性：大注入下基区和集电区发生调制效应，通态压降很低
2、开关特性：关断过程中的电流集中现象：由于基区存在自偏压效应，在晶体管关断过程中使发射极边缘部分反偏，边缘关断而中心仍导通，于是出现电流集中现象
3、二次击穿特性，和所有继电器一样。值得说明的是当第一次雪崩击穿后，加在BJT上的能力超过临界值才产生二次击穿，也就是说二次击穿需要能量。

功率晶体管的主要应用编辑

1、作为放大器，应用在电源串联调压电路，音频和超声波放大等领域
2、作为大功率半导体开关，电视机行输出电路，电机控制，不停电电源和汽车电子
3、GTR模块，应用于交流传动，逆变器和开关电源。

功率晶体管的工作模式编辑

1、当BB结正偏、CB结反偏时，功率晶体管处于放大模式
2、当BB结合CD结均正偏时，功率晶体管处于饱和模式
3、当BB结零偏或反偏、CB结反偏时，功率晶体管处于截止模式。
功率晶体管的放大作用表现为：用较小的基极电流可以控制较大的集电极电流；或者将较小的功率按比例放大为较大的功率。

功率晶体管的主要参数编辑

1、额定电压
2、电流定额：集电极最大电流Icm，集电极持续电流Ic
3、集电极最大耗散功率：Pcm（管壳为25℃时）
4、最高结温Tmj（一般为150℃）
5、开关时间：开通时间、存储时间、下降时间

功率晶体管模块功率晶体管模块由多个功率晶体管及其附属电路构成的集成器件。用于电力电子装置的主电路中。

正文编辑

由多个功率晶体管及其附属电路构成的集成器件。用于电力电子装置的主电路中。各类电力电子装置往往需要多个相互关联的功率晶体管、二极管及驱动电路等一起工作。虽然这些装置的线路各种各样，但其主电路类型还是相对固定的，这就有可能按不同类型将主电路元件及线路的部分或整体封装在一个模块中。图1是两种典型的功率晶体管模块。图2为三相变频调速电路。

电力电子电路采用晶体管模块后，简化了元件封装、电路接线和冷却系统，减少了线路的分布参数的阻抗和耦合，使装置体积缩小，性能改善，提高了可靠性并降低了成本。功率晶体管的模块化，是电力电子器件和线路发展的一大方向。模块在使用中，其中部分元件的损坏往往引起整个器件的失效。在80年代，大容量功率晶体管（数百安、上千伏容量）的价格较昂贵，故这类模块还较少见。

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1。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学