驱动电路

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率晶体 驱动电
双极性晶体管驱动电路的要求
NUAA NUAA
★最佳驱动特性和驱动电流波形
1.开通时:基极电流有快速上升沿和过 1.开通时:基极电流有快速上升沿和过 冲—加速开通,减小开通损耗; 冲—加速开通,减小开通损耗; 2.导通期间: 2.导通期间: 足够的基极电流,使晶体管任意负载饱和 足够的基极电流,使晶体管任意负载饱和 导通—低导通损耗; 导通—低导通损耗; 关断前调整基极电流,使晶体管处于临界 关断前调整基极电流,使晶体管处于临界 饱和导通—减小ts,关断快; 饱和导通—减小ts,关断快; 3.关断瞬时: 3.关断瞬时: 足够、反向基极电流—迅速抽出基区剩余 足够、反向基极电流—迅速抽出基区剩余 载流子,减小ts; 载流子,减小ts; 反偏截止电压,使ic迅速下降,减小if。 反偏截止电压,使ic迅速下降,减小if。
NUAA NUAA
恒流驱动电路
Ib
D2
D1
二、抗饱和电路—使功率管处于浅饱和
Ib 2
A
Q
I′ b Ib D3
0
′ Ib
t
电路特点: 电路特点:
抗饱和驱动, tts↓ 抗饱和驱动, s↓ 导通损耗↑(ts和 导通损耗↑(ts和 Uces折衷考虑), Uces折衷考虑), 驱动电流损失 驱动电流损失
图12-11基本抗饱和电路 基本
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功率晶 体管驱 动电路
第四节 比例驱动电路
恒流驱动—基极电流恒定,功率管饱和导通, 优点:电路简单; 缺点:驱动损耗大,存储时间长
★比例驱动—基极电流正比于集电极电流变化。
轻载时不至于深度饱和,避免了ts大的缺点。
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第四节 比例驱动电路
★比例驱动应具备的功能
提供一定的初始驱动电流,使晶体管导通; 晶体管导通时,基极电流正比于集电极电流变化; 晶体管关断时,加速其关断; 晶体管关断期间,变压器磁复位; 电路简单。
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驱动电路组成
MOS管应用: MOS管应用: 1.减小驱动电路引线感; 1.减小驱动电路引线感; 2.加驱动电阻:a.限流;b.防止uGS振荡; 2.加驱动电阻:a.限流;b.防止uGS振荡; 3.在GS间加稳压管或电阻。 3.在GS间加稳压管或电阻。
5
<二>驱动电路隔离技术
NUAA NUAA
光电耦合器或隔离变压器 (光耦合;磁耦合)
一、光耦——可隔离交流或直流信号
Ucc
C
Ic R IF
A K B E
ui
RL
图12-3 光耦基本电路
uo
图12-2 典型光耦内部电路图
1.由IF控制Ic;电流传输比CTR-Current Transfer Ratio U i 1.由IF控制Ic;电流传输比CTR-Current Transfer Ratio = • CTR • R Uo L
Q1 off:能量从N1→驱动侧 Q1 off:能量从N1→驱动侧 Nb,N1i1=Nbib,驱动Q导通 Nb,N i =N i ,驱动Q导通
1 1 b b
Nb
Ib0 =
Nb U cc R1 N1
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一、反激式比例驱动电路
R1 Ucc N1 T
原理: 原理:
Nf
Q on, ii =iC,,ii 从同名端流进, Q on, Nf =iC C 从同名端流进, Nf C 变压器退饱和,形成正反馈作 变压器退饱和,形成正反馈作 用,加速导通 用,加速导通
图12-16
提供反 流通路
D5 DW
箝位
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本章内容
第二节 驱动电路的隔离技术 第二节 驱动电路的隔离技术 第一节 对双极性功率晶体管 第一节 对双极性功率晶体管
双极性
驱动电路的要求 驱动电路的要求 第三节 恒流驱动电路 第三节 恒流驱动电路 第四节 比例驱动电路 第四节 比例驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路
b
I bm
U cc − U be = R1
U cc − U be I C max > Ib = R1 + R2 β U cc − U be UC = R2 R1 + R2
16
Q1 on,Q off: uC反加在be间。 Q1 on,Q off: uC反加在be间。 C作用: C作用: 加速导通、截止反偏。 加速导通、截止反偏。
驱动电路实质:
给栅极电容充放电
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场控器件的驱动电路要求
驱动电路实质:
给栅极电容充放电
开通: 开通: 1.驱动电压足够高,一般>10V;(减小RDS(on))) 1.驱动电压足够高,一般>10V;(减小R
DS(on)
2.足够的瞬态驱动电流,快的上升沿;(加速开通) 2.足够的瞬态驱动电流,快的上升沿;(加速开通) 3.驱动电路内阻抗小。 (加速开通) 3.驱动电路内阻抗小。 (加速开通) 关断: 关断: 1. 足够的瞬态驱动电流,快的下降沿; (加速关断) 1. 足够的瞬态驱动电流,快的下降沿; (加速关断) 2. 驱动电路内阻抗小。 (加速关断) 2. 驱动电路内阻抗小。 (加速关断) 3. 驱动加负压。 (防止误导通) 3. 驱动加负压。 (防止误导通)
17
NUAA NUAA
恒流驱动电路
三、截止反偏电路—减小ts、加速功率管关断
原理: 原理:
D N3 Ucc N1 ui Q1 N2 C Q Rb
Q1 on, uN1=Ucc, uN2>0, 驱动Q on; Q1 on, uN1=Ucc, uN2>0, 驱动Q on; Q1 off, 变压器磁复位D on, uN3=-Ucc, Q1 off, 变压器磁复位D on, uN3=-Ucc, uN2<0,起到截止反偏作用。 u <0,起到截止反偏作用。
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一、反激式比例驱动电路
R1 Ucc N1
原理: 原理:
T
Nf
C D N2 Dw Ui Q1 Q
Q1 on:同名端负,Q off; Q1 on:同名端负,Q off; 只有N1有电流,N1储能, 只有N1有电流,N1储能, 变压器饱和,由R1限流; 变压器饱和,由R1限流;
I1 = U cc R1
图12-12抗饱和电 12 路基极电流波形
原理: 原理:
若Q深度饱和,则Uce↓, ube>Uce,,D2 on, 若Q深度饱和,则Uce↓, ube>Uce D2 on, Q on II ↓,Q饱和深度↓。 Q on b ↓,Q饱和深度↓。
b
UAe=uD1+ube=uD2 +uce→ Uce=Ube UAe=uD1+ube=uD2 +uce→ Uce=Ube D1、D2抗饱和,D3为反向基流提供通路 D1、D2抗饱和,D3为反向基流提供通路
R6
光耦 隔离
ui
Q3 Q R5
未满足最佳驱动 未满足最佳驱动 特性——要改进 特性——要改进
图12-9 普通恒流驱动电路
U cc − U ce3 − U be Ic Ib = = β /2 R6
14
NUAA NUAA
第三节
恒流驱动电路
一种普通形式的驱动电路: 恒流驱动缺点:轻载时深度饱和,关断时间长。
N2
截止反偏方法: 截止反偏方法: 加速电容、变压器反压 加速电容、变压器反压
18
NUAA NUAA
恒流驱动电路
五、电路分析(具有加速电容、抗饱和及反偏截止的驱动电路)
放大
Ucc1 R2 Ui D1 Q2 Q4 R3 Q3 C R5 Ucc2
加速电容
抗饱和
D2 D3 Q D4
光耦 隔离
R1
互补 驱动
U cc
Ib >
R2 R1 Q2 Q1 ui R4 Q3 Q R5 R3 R6
IC max
β
(12 −1)
图12-9 普通恒流驱动电路
15
NUAA NUAA
恒流驱动电路
ib
一、加速电容
U cc
R1 R2
Q
I bm Ib
图12-10 加速电容驱动电路
C
Q1
原理: 原理:
Q1 off,Q on: C先将R2短路—开通电流 Q1 off,Q on: C先将R2短路—开通电流 尖峰;稳态, C充完电, R1、R2决定Ib; 尖峰;稳态, C充完电, R1、R2决定I ;
12
率晶体 驱动电
NUAA NUAA
第三节
恒流驱动电路
---针对GTR 回顾理想基极驱动: 上升沿陡/过冲 ib t 合适的饱和深度
反向抽流
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NUAA NUAA
第三节
U cc
恒流驱动电路
Ib > I C max
★恒流驱动—基极电流恒定,功率管
饱和导通
R2 R1
β
(12 − 1)
R3达林顿放大 Q2 Q1 R4
第十二章 驱动电路
概述—
驱动电路的作用:将控制 驱动电路的作用:将控制 电路输出的PWM脉冲放大 电路输出的PWM脉冲放大 到足以驱动功率晶体管— 到足以驱动功率晶体管— 开关功率放大作用。 开关功率放大作用。
1
第十二章 驱动电路
NUAA NUAA
变换器 主电路
控制 电路
PWM信号
隔离/驱 动电路
Q
C D N2 Dw Ui Q1
Nb
Ib N f 1 = > I c Nb β
Q1 on: 所有绕组短路,Q管基极反 Q1 on: 所有绕组短路,Q管基极反
偏抽流,减小ts,ic下降,Q 偏抽流,减小ts,ic下降,Q 反偏,加速关断; 反偏,加速关断;
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本章内容
第二节 驱动电路的隔离技术 第二节 驱动电路的隔离技术 第一节 对双极性功率晶体管 第一节 对双极性功率晶体管
双极性
驱动电路的要求 驱动电路的要求 第三节 恒流驱动电路 第三节 恒流驱动电路 第四节 比例驱动电路 第四节 比例驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路
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功率晶 体管驱 动电路
场控器件的驱动电路要求
器件控制极特点:
1 压控型;Ugs(Uge)小于±20V 2 等效输入电容(避免过压;关断时 电容需放电回路)
功率 开关
优良的驱动电路对变换器性能的影响: 1.提高系统可靠性 2.提高变换效率(开关器件开关、导通损耗) 3.减小开关器件应力(开/关过程中) 4.降低EMI/EMC
2
本章内容
第二节 驱动电路的隔离技术 第二节 驱动电路的隔离技术 第一节 对双极性功率晶体管 第一节 对双极性功率晶体管 驱动电路的要求 驱动电路的要求 第三节 恒流驱动电路 第三节 恒流驱动电路 第四节 比例驱动电路 第四节 比例驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路
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双极性 功率晶 体管驱 动电路
本章内容
第二节 驱动电路的隔离技术 第二节 驱动电路的隔离技术 第一节 对双极性功率晶体管 第一节 对双极性功率晶体管
双极性
驱动电路的要求 驱动电路的要求 第三节 恒流驱动电路 第三节 恒流驱动电路 第四节 比例驱动电路 第四节 比例驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路
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功率晶 体管驱 动电路
<一>隔离的概念
NUAA NUAA
Q + L ub
b
D
应隔离
RL C
+ Uo _
+ Ui ub
b
L Q
RL C
+ Uo _
Ui _
D
_
驱动电路
驱动电路 控制电路
控制电路
无需 隔离
控制参考地与驱动信号参考地(e极)同—驱动电路无需隔离; 控制参考地与驱动信号参考地(e极)同—驱动电路无需隔离; 控制参考地与驱动信号参考地(e极)不同—驱动电路应隔离; 控制参考地与驱动信号参考地(e极)不同—驱动电路应隔离;
ib
0 t
图12-1 最佳基极驱动电流波形 11
本章内容
第二节 驱动电路的隔离技术 第二节 驱动电路的隔离技术 第一节 对双极性功率晶体管 第一节 对双极性功率晶体管
双极性
驱动电路的要求 驱动电路的要求 第三节 恒流驱动电路 第三节 恒流驱动电路 第四节 比例驱动电路 第四节 比例驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路
普通光耦 TLP521
达林顿光耦 TIL113
高速数字光耦 6N137
7
NUAA NUAA
第二节
驱动电路的隔离技术
特点:1. 参数设计简单 2. 输出端需要隔离驱动电源 3. 驱动功率有限
8
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第二节
NUAA NUAA
驱动电路的隔离技术
二、磁耦合-变压器隔离 特点: 1.既可传递信号又可传递功率 2.频率越高,体积越小-适合高频应用
用于传送较低频信号时 —调制/解调
9
本章内容
第二节 驱动电路的隔离技术 第二节 驱动电路的隔离技术 第一节 对双极性功率晶体管 第一节 对双极性功率晶体管
双极性
驱动电路的要求 驱动电路的要求 第三节 恒流驱动电路 第三节 恒流驱动电路 第四节 比例驱动电路 第四节 比例驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路 第五节 场控器件的驱动电路
R
2.输入输出特性与普通三极管相似,电流传输比Ic/IF比三极管“β”小; 2.输入输出特性与普通三极管相似,电流传输比Ic/IF比三极管“β”小;
6
3.可在线性区,也可在开关状态。驱动电路中,一般工作在开关状态。
NUAA NUAA
第二节
驱动电路的隔离技术
一、光耦(Photocoupler/ Optocoupler)
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