电力晶体管基极驱动电路
第四章 全控型电力电子器件
图4-4 较为理想的门极电压和电流波形
《电力电子技术》
2．GTO的驱动电路
a) b) 图4-5 GTO门极驱动电路 a)小容量GTO门极驱动电路 b)较大容量GTO桥式门极驱动电路
《电力电子技术》
3．GTO的保护电路
b) c) d) 图4-6 GTO的阻容缓冲电路 图4-6为GTO的阻容缓冲电路。图4-6a只能用于小电流；图4-6b加 在GTO上的初始电压上升率大，因而在GTO电路中不推荐；图4-6c与图 4-6d是较大容量GTO电路中常见的缓冲器，其二极管尽量使用速度快 的，并使接线短，从而使缓冲器电容效果更显著。
《电力电子技术》
a)
第三节 电力场效应晶体管(Power MOSFET)
一、电力MOSFET的结构 电力MOSFET采取两次扩散工艺，并将漏极D移到芯片的另一侧表面上， 使从漏极到源极的电流垂直于芯片表面流过，这样有利于减小芯片面积和 提高电流密度。
a)
b) 图4-14 电力MOSFET的结构和符号 a) MOSFET元组成剖面图 b) 图形符号
《电力电子技术》
二、工作原理
IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种 压控型器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电 压 uGE 决 定 的 ， 当 uGE 为正且 大 于开启电 压 uGE(th) 时， MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导 通。当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时， MOSFET内的沟道消失，晶体管无基极电流，IGBT关断。 PNP晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟 道IGBT，记为N-IGBT，其电气图形符号如图4-19c所示。 对应的还有P沟道IGBT，记为P-IGBT。N-IGBT和P-IGBT 统称为IGBT。由于实际应用中以N沟道IGBT为多。
电力电子技术
电力电子技术复习题填空题1.标出下面元件的简称：电力晶体管GTR；可关断晶闸管GTO；功率场效应晶体管MOSFET；绝缘栅双极型晶体管IGBT ；IGBT是MOSFET 和GTR的复合管。
2.晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。
3.多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方法是串专用均流电抗器。
4.在电流型逆变器中，输出电压波形为正弦波，输出电流波形为方波。
5.型号为KS100-8的元件表示双向晶闸管晶闸管、它的额定电压为 800V伏、额定有效电流为100A。
°导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在同一桥臂上的上、下二个元件之间进行；而120o导电型三相桥式逆变电路，晶闸管换相是在不同桥臂上的元件之间进行的。
7.当温度降低时，晶闸管的触发电流会增加、正反向漏电流会下降；当温度升高时，晶闸管的触发电流会下降、正反向漏电流会增加。
8.常用的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接入直流快速开关、控制快速移相使输出电压下降。
（写出四种即可）9.普通晶闸管内部有两个 PN结，外部有三个电极，分别是阳极A 、阴极K 和门极G 。
10.晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。
11.晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。
12.当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会减小。
13.晶体管触发电路的同步电压一般有正弦波同步电压和锯齿波电压。
14.按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为电阻性负载，电感性负载和反电动势负载三大类。
15.双向晶闸管的触发方式有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ＋、Ⅲ-四种16.在有环流逆变系统中，环流指的是只流经逆变电源、逆变桥而不流经负载的电流。
环流可在电路中加电抗器来限制。
为了减小环流一般采控用控制角α大于β的工作方式。
17.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差120°。
集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动
可穿透发射区 也称透明阳极，透明阳极是一个很薄的PN结，其发射效率与电流有 关。因为电子穿透该阳极时就像阳极被短路一样，因此称为透明阳极。 IGCT在GTO结构的基础上，去掉阳极短路点，并利用了可穿透发射区技 术。其发射效率和电流密度密切相关。在低电流密度下，其发射效率很高。 但在大电流密度下，阳极的注入效率将很低。实现门极换流需要依靠这个 结构。 门极硬驱动技术 门极硬驱动技术是指在晶闸管开通和关断的过程中的极短时间内,给 其门极加以上升率和幅值都很大的驱动信号，可使被驱动晶闸管存储时间 将至us级，几乎做到同步开关，使晶闸管器件的关断能力大大超过其额定 值。系统设计者可根据应用要求在开通频率和驱动功率控制能力之间加以 选择，以达到一种合适的组合，在加速开关速率的同时降低开关损耗。 此外IGCT还采用了阴极疏条结构、阴极杂质分布、离子注入扩散工 阴极疏条结构、 阴极疏条结构 阴极杂质分布、 精密光刻工艺、疏条成型工艺、无机膜及刻蚀工艺和溅射复合材料 艺、精密光刻工艺、疏条成型工艺、无机膜及刻蚀工艺 溅射复合材料 等工艺，在此就不做详细阐述了。
三、基于ABB不对称型IGCT—5SHY35L4510的驱动电路 5SHY35L4510简介 1. 5SHY35L4510简介
阻断参数： 阻断参数： 断态重复峰值电压VDRM:IGCT在阻断状态能承受的正向最大重复电压(门极加-2V 以上反向电压)。VDRM=4500V 断态重复峰值电流IDRM:IGCT在重复峰值阻断电压下的正向漏电流(门极加-2V以 上反向电压)。IDRM≦50mA 直流链电压VDC-link:海平面露天环境宇宙射线情况下，100FIT失效率时，IGCT所 能长久承受的直流电压(1FIT=109小时出现1次失效)。 VDC-link=2800V 反向电压VRRM：因为器件是不对称型，所以不能承受高的反电压。通态时， VRRM=10V,断态时VRRM=17V。 通态参数： 通态参数： 最大通态平均电流IT(AV)M：正弦半波电流，壳温Tc=85℃时，IGCT所能允许 的最大平均电流。 IT(AV)M=1700A
第9章--电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介
目录目录.............................................................................................................................................................................. 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . 09.1 电力二极管的应用简介 09.1.1 电力二极管的种类 09.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 09.1.3 电力二极管的主要参数 09.1.4 电力二极管的选型原则 (1)9.2 电力晶体管的应用简介 (2)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2)9.3 晶闸管的应用简介 (3)9.3.1 晶闸管的种类 (3)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3)9.3.3 晶闸管的主要参数 (4)9.3.4 晶闸管的选型原则 (5)9.4 总结 (6)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
其反向恢复时间较长，一般在5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
详细讲解MOSFET管驱动电路
在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路地时候,大部分人都会考虑MOS地导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素.这样地电路也许是可以工作地,但并不是优秀地,作为正式地产品设计也是不允许地.下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础地一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创.包括MOS管地介绍,特性,驱动以及应用电路.1,MOS管种类和结构MOSFET管是FET地一种（另一种是JFET）,可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用地只有增强型地N沟道MOS管和增强型地P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指地就是这两种.至于为什么不使用耗尽型地MOS管,不建议刨根问底.对于这两种增强型MOS管,比较常用地是NMOS.原因是导通电阻小,且容易制造.所以开关电源和马达驱动地应用中,一般都用NMOS.下面地介绍中,也多以NMOS为主.MOS管地三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要地,而是由于制造工艺限制产生地.寄生电容地存在使得在设计或选择驱动电路地时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍.在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管.这个叫体二极管,在驱动感性负载（如马达）,这个二极管很重要.顺便说一句,体二极管只在单个地MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有地.2,MOS管导通特性导通地意思是作为开关,相当于开关闭合.NMOS地特性,Vgs大于一定地值就会导通,适合用于源极接地时地情况（低端驱动）,只要栅极电压达到4V或10V就可以了.PMOS地特性,Vgs小于一定地值就会导通,适合用于源极接VCC时地情况（高端驱动）.但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS.3,MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗地能量叫做导通损耗.选择导通电阻小地MOS管会减小导通损耗.现在地小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧地也有.MOS在导通和截止地时候,一定不是在瞬间完成地.MOS两端地电压有一个下降地过程,流过地电流有一个上升地过程,在这段时间内,MOS管地损失是电压和电流地乘积,叫做开关损失.通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大.导通瞬间电压和电流地乘积很大,造成地损失也就很大.缩短开关时间,可以减小每次导通时地损失；降低开关频率,可以减小单位时间内地开关次数.这两种办法都可以减小开关损失.4,MOS管驱动跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定地值,就可以了.这个很容易做到,但是,我们还需要速度.在MOS管地结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管地驱动,实际上就是对电容地充放电.对电容地充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大.选择/设计MOS管驱动时第一要注意地是可提供瞬间短路电流地大小.第二注意地是,普遍用于高端驱动地NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压.而高端驱动地MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V.如果在同一个系统里,要得到比VCC大地电压,就要专门地升压电路了.很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意地是应该选择合适地外接电容,以得到足够地短路电流去驱动MOS管.上边说地4V或10V是常用地MOS管地导通电压,设计时当然需要有一定地余量.而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小.现在也有导通电压更小地MOS管用在不同地领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了.MOS管地驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司地AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs.讲述得很详细,所以不打算多写了.5,MOS管应用电路MOS管最显著地特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关地电路中,常见地如开关电源和马达驱动,也有照明调光. 现在地MOS驱动,有几个特别地需求,1,低压应用当使用5V电源,这时候如果使用传统地图腾柱结构,由于三极管地be有0.7V左右地压降,导致实际最终加在gate上地电压只有4.3V.这时候,我们选用标称gate电压4.5V地MOS管就存在一定地风险.同样地问题也发生在使用3V或者其他低压电源地场合. 2,宽电压应用输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动.这个变动导致PWM电路提供给MOS管地驱动电压是不稳定地.为了让MOS管在高gate电压下安全,很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压地幅值.在这种情况下,当提供地驱动电压超过稳压管地电压,就会引起较大地静态功耗.同时,如果简单地用电阻分压地原理降低gate电压,就会出现输入电压比较高地时候,MOS管工作良好,而输入电压降低地时候gate电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗.3,双电压应用在一些控制电路中,逻辑部分使用典型地5V或者3.3V数字电压,而功率部分使用12V甚至更高地电压.两个电压采用共地方式连接.这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效地控制高压侧地MOS管,同时高压侧地MOS管也同样会面对1和2中提到地问题.在这三种情况下,图腾柱结构无法满足输出要求,而很多现成地MOS驱动IC,似乎也没有包含gate电压限制地结构.于是我设计了一个相对通用地电路来满足这三种需求.电路图如下：图1 用于NMOS地驱动电路图2 用于PMOS地驱动电路这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析：Vl和Vh分别是低端和高端地电源,两个电压可以是相同地,但是Vl不应该超过Vh.Q1和Q2组成了一个反置地图腾柱,用来实现隔离,同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通.R2和R3提供了PWM电压基准,通过改变这个基准,可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直地位置.Q3和Q4用来提供驱动电流,由于导通地时候,Q3和Q4相对Vh和GND最低都只有一个Vce地压降,这个压降通常只有0.3V左右,大大低于0.7V地Vce.R5和R6是反馈电阻,用于对gate电压进行采样,采样后地电压通过Q5对Q1和Q2地基极产生一个强烈地负反馈,从而把gate 电压限制在一个有限地数值.这个数值可以通过R5和R6来调节.最后,R1提供了对Q3和Q4地基极电流限制,R4提供了对MOS管地gate电流限制,也就是Q3和Q4地Ice地限制.必要地时候可以在R4上面并联加速电容.这个电路提供了如下地特性：1,用低端电压和PWM驱动高端MOS管.2,用小幅度地PWM信号驱动高gate电压需求地MOS管.3,gate电压地峰值限制4,输入和输出地电流限制5,通过使用合适地电阻,可以达到很低地功耗.6,PWM信号反相.NMOS并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决.在设计便携式设备和无线产品时,提高产品性能.延长电池工作时间是设计人员需要面对地两个问题.DC-DC转换器具有效率高.输出电流大.静态电流小等优点,非常适用于为便携式设备供电.目前DC-DC转换器设计技术发展主要趋势有：（1）高频化技术：随着开关频率地提高,开关变换器地体积也随之减小,功率密度也得到大幅提升,动态响应得到改善.小功率DC-DC转换器地开关频率将上升到兆赫级.（2）低输出电压技术：随着半导体制造技术地不断发展,微处理器和便携式电子设备地工作电压越来越低,这就要求未来地DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备地要求.这些技术地发展对电源芯片电路地设计提出了更高地要求.首先,随着开关频率地不断提高,对于开关元件地性能提出了很高地要求,同时必须具有相应地开关元件驱动电路以保证开关元件在高达兆赫级地开关频率下正常工作.其次,对于电池供电地便携式电子设备来说,电路地工作电压低（以锂电池为例,工作电压 2.5～3.6V）,因此,电源芯片地工作电压较低.MOS管具有很低地导通电阻,消耗能量较低,在目前流行地高效DC－DC芯片中多采用MOS管作为功率开关.但是由于MOS管地寄生电容大,一般情况下 NMOS开关管地栅极电容高达几十皮法.这对于设计高工作频率DC－DC转换器开关管驱动电路地设计提出了更高地要求.在低电压ULSI设计中有多种CMOS.BiCMOS采用自举升压结构地逻辑电路和作为大容性负载地驱动电路.这些电路能够在低于1V电压供电条件下正常工作,并且能够在负载电容1～2pF地条件下工作频率能够达到几十兆甚至上百兆赫兹.本文正是采用了自举升压电路,设计了一种具有大负载电容驱动能力地, 适合于低电压.高开关频率升压型DC－DC转换器地驱动电路.电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证,在供电电压1.5V ,负载电容为60pF时,工作频率能够达到5MHz以上.自举升压电路自举升压电路地原理图如图1所示.所谓地自举升压原理就是,在输入端IN输入一个方波信号,利用电容Cboot将A点电压抬升至高于VDD地电平,这样就可以在B端输出一个与输入信号反相,且高电平高于VDD地方波信号.具体工作原理如下.当VIN为高电平时,NMOS管N1导通,PMOS管P1截止,C 点电位为低电平.同时N2导通,P2地栅极电位为低电平,则P2导通.这就使得此时A点电位约为VDD,电容Cboot两端电压UC≈VDD.由于N3导通,P4截止,所以B点地电位为低电平.这段时间称为预充电周期.当VIN变为低电平时,NMOS管N1截止,PMOS管P1导通,C 点电位为高电平,约为VDD.同时N2.N3截止,P3导通.这使得P2地栅极电位升高,P2截止.此时A点电位等于C点电位加上电容Cboot两端电压,约为2VDD.而且P4导通,因此B点输出高电平,且高于VDD.这段时间称为自举升压周期.实际上,B点电位与负载电容和电容Cboot地大小有关,可以根据设计需要调整.具体关系将在介绍电路具体设计时详细讨论.在图2中给出了输入端IN电位与A.B两点电位关系地示意图.驱动电路结构图3中给出了驱动电路地电路图.驱动电路采用Totem输出结构设计,上拉驱动管为NMOS管N4.晶体管Q1和PMOS管P5.下拉驱动管为NMOS管N5.图中CL为负载电容,Cpar为B点地寄生电容.虚线框内地电路为自举升压电路.本驱动电路地设计思想是,利用自举升压结构将上拉驱动管N4地栅极（B点）电位抬升,使得UB>VDD+VTH ,则NMOS管N4工作在线性区,使得VDSN4 大大减小,最终可以实现驱动输出高电平达到VDD.而在输出低电平时,下拉驱动管本身就工作在线性区,可以保证输出低电平位GND.因此无需增加自举电路也能达到设计要求.考虑到此驱动电路应用于升压型DC－DC转换器地开关管驱动,负载电容CL很大,一般能达到几十皮法,还需要进一步增加输出电流能力,因此增加了晶体管 Q1作为上拉驱动管.这样在输入端由高电平变为低电平时,Q1导通,由N4.Q1同时提供电流,OUT端电位迅速上升,当OUT端电位上升到 VDD－VBE时,Q1截止,N4继续提供电流对负载电容充电,直到OUT端电压达到VDD.在OUT端为高电平期间,A点电位会由于电容Cboot 上地电荷泄漏等原因而下降.这会使得B点电位下降,N4地导通性下降.同时由于同样地原因,OUT端电位也会有所下降,使输出高电平不能保持在VDD.为了防止这种现象地出现,又增加了PMOS管P5作为上拉驱动管,用来补充OUT端CL地泄漏电荷,维持OUT端在整个导通周期内为高电平.驱动电路地传输特性瞬态响应在图4中给出.其中（a）为上升沿瞬态响应,（b）为下降沿瞬态响应.从图4中可以看出,驱动电路上升沿明显分为了三个部分, 分别对应三个上拉驱动管起主导作用地时期.1阶段为Q1.N4共同作用,输出电压迅速抬升,2阶段为N4起主导作,使输出电平达到VDD,3阶段为P5起主导作用,维持输出高电平为VDD.而且还可以缩短上升时间,下降时间满足工作频率在兆赫兹级以上地要求.需要注意地问题及仿真结果电容Cboot地大小地确定Cboot地最小值可以按照以下方法确定.在预充电周期内,电容Cboot 上地电荷为VDDCboot .在A点地寄生电容（计为CA）上地电荷为VDDCA.因此在预充电周期内,A点地总电荷为Q_{A1}=V_{DD}C_{boot}+V_{DD}C_{A} （1）B点电位为GND,因此在B点地寄生电容Cpar上地电荷为0.在自举升压周期,为了使OUT端电压达到VDD,B点电位最低为VB＝VDD+Vthn.因此在B点地寄生电容Cpar上地电荷为Q_{B}=(V_{DD}+V_{thn})Cpar （2）忽略MOS管P4源漏两端压降,此时Cboot上地电荷为VthnCboot ,A点寄生电容CA地电荷为（VDD+Vthn）CA.A点地总电荷为QA2=V_{thn}C_{BOOT}+(V_{DD}+V_{thn})C_{A} （3）同时根据电荷守恒又有Q_{B}=Q_{A}-Q_{A2} （4）综合式（1）～（4）可得C_{boot}=\frac{V_{DD}+V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}Cp ar+\frac{v_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}C_{A}=\frac{V_{B}}{v_{DD}-v_{thn}}Cpar+\frac{V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}C_{A} （5）从式（5）中可以看出,Cboot随输入电压变小而变大,并且随B点电压VB变大而变大.而B点电压直接影响N4地导通电阻,也就影响驱动电路地上升时间.因此在实际设计时,Cboot地取值要大于式（5）地计算结果,这样可以提高B点电压,降低N4导通电阻,减小驱动电路地上升时间.P2.P4地尺寸问题将公式（5）重新整理后得：V_{B}=({V_{DD}-V_{thn})\frac{C_{boot}}{Cpar}-V_{ thn}\frac{C_{A}}{Cpar} （6）从式（6）中可以看出在自举升压周期内, A.B两点地寄生电容使得B点电位降低.在实际设计时为了得到合适地B点电位,除了增加Cboot大小外,要尽量减小A.B两点地寄生电容. 在设计时,预充电PMOS管P2地尺寸尽可能地取小,以减小寄生电容CA.而对于B 点地寄生电容Cpar来说,主要是上拉驱动管N4地栅极寄生电容,MOS 管P4.N3地源漏极寄生电容只占一小部分.我们在前面地分析中忽略了P4地源漏电压,因此设计时就要尽量地加大P4地宽长比,使其在自举升压周期内地源漏电压很小可以忽略.但是P4地尺寸以不能太大,要保证P4地源极寄生电容远远小于上拉驱动管N4地栅极寄生电容. 阱电位问题如图3所示,PMOS器件P2.P3.P4地N-well连接到了自举升压节点A上.这样做地目地是,在自举升压周期内,防止他们地源/漏--阱结导通.而且这还可以防止在源/漏--阱正偏时产生由寄生SRC引起地闩锁现象.上拉驱动管N4地阱偏置电位要接到它地源极,最好不要直接接地.这样做地目地是消除衬底偏置效应对N4地影响.Hspice仿真验证结果驱动电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证.在表1中给出了电路在不同工作电压.不同负载条件下地上升时间tr和下降时间tf 地仿真结果.在图5中给了电路工作在输入电压1.5V.工作频率为5MHz.负载电容60pF条件下地输出波形.结合表1和图5可以看出,此驱动电路能够在工作电压为1.5V,工作频率为5MHz,并且负载电容高达60pF地条件下正常工作.它可以应用于低电压.高工作频率地DC－DC转换器中作为开关管地驱动电路.结论本文采用自举升压电路,设计了一种BiCMOS Totem结构地驱动电路.该电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计,可在1.5V 电压供电条件下正常工作,而且在负载电容为60pF地条件下,工作频率可达5MHz以上.。
详细讲解MOSFET管驱动电路
详细讲解MOSFET管驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。
这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。
下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创。
包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。
1，MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N 沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。
至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。
对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。
原因是导通电阻小，且容易制造。
所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。
下面的介绍中，也多以NMOS为主。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。
寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。
这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。
顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。
2，MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。
但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
3，MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。
电力电子技术课后题答案
0-1. 什么是电力电子技术 ?电力电子技术是应用于电力技术领域中的电子技术；它是以利用大功率电子器件对能量进行变换和控制为主要内容的技术。
国际电气和电子工程师协会（ IEEE）的电力电子学会对电力电子技术的定义为：“有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。
”0-2. 电力电子技术的基础与核心分别是什么?电力电子器件是基础。
电能变换技术是核心.0-3. 请列举电力电子技术的 3 个主要应用领域。
电源装置 ; 电源电网净化设备 ; 电机调速系统 ; 电能传输和电力控制 ; 清洁能源开发和新蓄能系统 ; 照明及其它。
0-4. 电能变换电路有哪几种形式?其常用基本控制方式有哪三种类型AD-DC整流电 ;DC-AC逆变电路 ;AC-AC 交流变换电路 ;DC-DC直流变换电路。
常用基本控制方式主要有三类：相控方式、频控方式、斩控方式。
0-5. 从发展过程看，电力电子器件可分为哪几个阶段? 简述各阶段的主要标志。
可分为：集成电晶闸管及其应用；自关断器件及其应用；功率集成电路和智能功率器件及其应用三个发展阶段。
集成电晶闸管及其应用：大功率整流器。
自关断器件及其应用：各类节能的全控型器件问世。
功率集成电路和智能功率器件及其应用：功率集成电路（ PIC），智能功率模块（ IPM）器件发展。
0-6. 传统电力电子技术与现代电力电子技术各自特征是什么?传统电力电子技术的特征：电力电子器件以半控型晶闸管为主，变流电路一般为相控型，控制技术多采用模拟控制方式。
现代电力电子技术特征：电力电子器件以全控型器件为主，变流电路采用脉宽调制型，控制技术采用 PWM 数字控制技术。
0-7. 电力电子技术的发展方向是什么?新器件：器件性能优化，新型半导体材料。
高频化与高效率。
集成化与模块化。
数字化。
绿色化。
1-1. 按可控性分类，电力电子器件分哪几类?按可控性分类，电力电子器件分为不可控器件、半控器件和全控器件。
IGBT驱动工作原理
IGBT驱动工作原理IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和BJT（双极型晶体管）的结合体，具有低开关损耗、高开关速度和高功率密度等优点，广泛用于电力电子领域。
IGBT驱动器则是用来控制IGBT工作的电路，下面将详细介绍IGBT驱动器的工作原理。
1.输入电源：提供电平稳定的DC电源，一般为12V或15V。
2.输入接口：负责接收外部控制信号，如PWM（脉宽调制）信号。
3.输入电阻：限制输入电流，保护驱动器。
4.驱动芯片：是整个驱动器核心部件，负责产生用于控制IGBT的信号，一般有低压侧和高压侧两部分。
低压侧接收输入接口的PWM信号，并通过内部逻辑电路产生驱动高压侧的信号，控制IGBT的开关。
5.滤波电容：将输入信号进行滤波，保证信号纯净，减小干扰。
6.输入光耦：将驱动芯片产生的信号通过光耦隔离，以提高系统的安全性和稳定性。
7.功率放大电路：将低压侧驱动信号增加到适合IGBT控制的电平，以保证IGBT能够快速开启和关闭。
8.输出光耦：将功率放大电路输出的信号通过光耦隔离后，传递给IGBT的控制端。
9.输出电容：对输出信号进行滤波，提供脉冲电流。
10.输出电阻：用于匹配IGBT的输入阻抗，提供负载。
1.当外部控制信号到来时，输入接口将其传递给驱动芯片。
2.驱动芯片通过低压侧逻辑电路对输入信号进行处理，产生相应的驱动信号。
3.驱动信号经过滤波电容、输入光耦和功率放大电路等部件的处理，最终输出到IGBT的控制端。
4.IGBT根据驱动信号的状态，判断是否开启或关闭。
开启时，电流从IGBT的集电极流入基极，使得IGBT处于导通状态；关闭时，电流无法从集电极流入基极，使得IGBT处于截止状态。
5.IGBT的状态变化将影响电路中的电流和电压，从而实现控制功率器件工作的目的。
总结：IGBT驱动器通过接收外部控制信号，经过驱动芯片的逻辑处理和功率放大电路的放大，在滤波电容和光耦隔离的作用下，将信号传递给IGBT，控制IGBT的开闭状态，从而实现对功率器件的精确控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、电力晶体管基极驱动电路
（二）驱动电路中的电气隔离
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
普通型
高速型
高传输比型
一、电力晶体管基极驱动电路
（三）GTR基极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
分立元件组成的驱动电路
一、电力晶体管基极驱动电路
（三）GTR基极驱动电路实例
四、绝缘栅双砐晶体管栅极驱动电路
（二）IGBT栅极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
分立元件组成的驱动电路
四、绝缘栅双砐晶体管栅极驱动电路
（二）IGBT栅极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成驱动电路（EXB841）
四、绝缘栅双砐晶体管栅极驱动电路
三、功率场效应管栅极驱动电路
（二）栅极驱动电路实例
全 控 型率场效应管栅极驱动电路
（二）栅极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成驱动电路（IR2110）
三、功率场效应管栅极驱动电路
（二）栅极驱动电路实例
集成化基极驱动电路（HL201A/HL202A）
HL202A应用接线图
二、门极可关断晶闸管门极驱动电路
（一）GTO门极驱动电路结构与驱动波形
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
门极驱动电路结构示意图
门极驱动信号波形
二、门极可关断晶闸管门极驱动电路
（二）GTO门极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
一、电力晶体管基极驱动电路
（一）GTR对基极驱动电路的要求
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
驱动电流前沿要陡，有一 定的过冲电流。 GTR导通后，应减小驱动 电流。 GTR关断时，应提供足够 大的反向基极电流。 实现主电路与控制电路之 间的隔离。 具有一定的保护功能。
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成驱动电路（IR2110）
四、绝缘栅双砐晶体管栅极驱动电路
（一）对IGBT栅极驱动电路的要求
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
1、驱动电路必须可靠，要有低阻抗放电回路。 2、要用小的驱动源对栅极电容放电。 3、要提供大小适当的正反向驱动电压UGE 4、要提供合适的开关时间。 5、要有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。 6、驱动电路与信号控制电路在电位上应严格隔离。
UAA4002原理框图
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成化基极驱动电路（UAA4002）
一、电力晶体管基极驱动电路
（三）GTR基极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成化基极驱动电路（UAA4002）
UAA4002驱动的开关电源电路
一、电力晶体管基极驱动电路
（二）IGBT栅极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成驱动电路（EXB841）
四、绝缘栅双砐晶体管栅极驱动电路
（二）IGBT栅极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成驱动电路（EXB841）
门极驱动电路之一
二、门极可关断晶闸管门极驱动电路
（二）GTO门极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
门极驱动电路之二
三、功率场效应管栅极驱动电路
（一）栅极驱动的特点及要求
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
1、触发脉冲前沿要陡 2、栅极电容充放电回路的电阻值应尽量小，提高开 关速度。 3、触发脉冲电压幅值应高于开启电压。 4、应在MOSFET截止时提供负的栅源电压。
（三）GTR基极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路
集成化基极驱动电路（UAA4002）
1、限流功能 2、防止退饱和 3、导通时间间隔控制 4、电源电压检测 5、延时功能 6、热保护 7、输出封锁
一、电力晶体管基极驱动电路
（三）GTR基极驱动电路实例
全 控 型 电 力 电 子 器 件 的 驱 动 电 路