电力晶体管GTR的保护电路

电力晶体管也称巨型晶体管（Giant Transistor，简称GTR），这是一种双极型大功率高反压晶体管。它具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。近年来，由于GTR实现了高频化、模块化、廉价化，因此被广泛用于交流电机调速、不停电电源和中频电源等电力变流装置中，并且将在中小功率应用方面取代传统的晶闸管。 

       驱动电路原理 

驱动电路种类繁多，复杂程度各异，性能也有所不同。这里通过图3-37的例子来说明光耦合驱动电路工作原理。 

当控制电路信号输入端A为高电平时，Vt导通。光耦合器的发光二极管流过电流，使光敏二极管反向电流流过V2基极，V2导通，V3截止，V4和V5导通，V6截止。V5的发射极电流流过R5、VD3，驱动电力晶体管V，使其导通，同时给电容C2充上左正右负的电压。当A点由高电平变为低电平时，V1截止，光电耦合器中发光二极管和光敏晶体管电流均为零，V2截止，V3导通，V4和V5截止，V6导通。C2上所充电压通过V6、V的e和b、VD4放电，使V截止。

GTR的保护电路

（1） 过电流、短路保护

由于GTR存在二次击穿等问题，由于二次击穿很快，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GTR类设备来说是无用的。

GTR的过电流保护要依赖于驱动和特殊的保护电路。

① 电压状态识别保护

当GTR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gtr进行过载和短路保护。

② 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GTR关断后，另一个gtr才能导通。这样能防止两管同时导通，避免桥臂短路。

GTR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） 欠饱和过饱和保护

gtr的二次击穿多由于GTR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GTR的存储时间不必要地加长，直接影响着gtr的开关频率，所以GTR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GTR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。

下面对该驱动电路中的一些细节再作进一步分析。

①加速电容电路   

当V5刚导通时，电源E通过R4、V5、C2、VD3驱动V，R5被C2短路。这样，可以实现驱动电流的过冲，并增加前沿陡度，加快开通。过冲电流幅值可为额定基极电流的两倍以下。C2称为加速电容。驱动电流的稳态值由电源电压E、R4和R5决定，选择R4+R5的值时，应保证提供足够大的基极电流，使得在负载电流最大时电力晶体管仍能饱和导通。 

②抗饱和电路   

图3-37中箝位二极管VD2和电位补偿二极管VD3构成抗饱和电路，可使电力晶体管导通时处于临界饱和状态。当负载较轻使得集电极电位低于基极电位时，VD2就会自动导通，使多余的驱动电流注入集电极，维持Ubc≈O。这样，就使得V导通时始终处于临界饱和。二极管VD2也称为贝克箝位二极管。流过箝位二极管的电流是没有意义的损耗。为了减小这一损耗，可如图3-38所示，把VD2加到前级驱动管V5的基极，同时省去电位补偿二极管VD3，而用V5的发射结代替VD3。

不管是上述哪一种抗饱和电路，钳位二极管的一端都接在主电路电力晶体管的集电极，因而可能承受高电压，所以其耐压等级应和电力晶体管相当。除光耦合器外，驱动电路的其他元件都可选用耐压等级较低的。 

③截止反偏驱动电路   

由图中C2、V6、VS、VD4和R5构成。V导通时C，所充电压由E和R4、R5决定。V5截止，V6导通时，C2先通过V6、V的发射结和VD4放电，使V截止后，稳压管VS取代V的发射结使C2连续放电。VS上的电压使V基极反偏。另外，C2还通过R5放电。可以看出，C2除起到前面所说的加速电容的作用外，还在截止反偏驱动电路中起储能电容的作用。