变频电源基极驱动电路组成及工作原理

    (1)电路组成和功能。图3-2是一种实用高效自保护基极驱动电路，它不但能维持GIR工作在准饱和状态，而且可以对GTR的过载提供快速可靠的保护，防止GTR进入放大区。另外可以改善GTR的开关特性、缩短开关时间、降低驱动功率、提高驱动效率。它主要由信号隔离电路、退饱和检测电路、控制信号综合电路和具有反偏压的自适应输出电路组成。

    图3-2    基极驱动电路

    信号隔离电路由光电耦合器BD构成，实现逻辑控制电路与驱动电路之间的电气隔离；退饱和检测电路由二极管VD6和电压比较器Al组成。当GTR的集一射极电压UCE高于某一规定值时，电压比较器A1输出过载保护信号。控制信号的综合电路由三极管VT1构成。其功能是将正常的开关驱动信号与退饱和禁止信号叠加处理后送至输出级。具有反偏压的自适应输出驱动级由三极管VT3、VT4，二极管VD7、VD8、VD9，电容器C2等元器件组成，它的功能是提高开关速度和产生反偏压驱动波形。

   (2)驱动电路的工作原理。当输入信号Ui为高电平时，光耦截止，B点近似等于电源电压，A点为R3与R5的分压电平，则UB>UA，电压比较器输出端C为低电平，三极管VT1截止，VT2导通，VT3、VT4截止，从而GTR截止。

    当输入信号Ui由高电平变为低电平时，光耦输出由截止变为导通。C1经R8、VD3进行充电，利用电容二端的电压不能突变的特点，VT2的基极电位也变为零，VT2截止，VT3、VT4导通，经过加速网络C2、R12，使GTR迅速饱和导通。当GTR导通后，它的UCE随之下降，VD7导通，使B点的电位钳位于UB=UCE<UA，电压比较器A1输出端C变为高电平，使VT1导通，VT2的基极电位维持在地电位上；维持VT2截止，VT3、VT4导通。同时VT1的导通给C1提供了放电回路，使电容C1的两端电压下降为零，为下次工作做准备。

    当Ui由低电平变为高电平时，光耦输出级由导通变为截止，使VD1导通，VD2截止，重新使UB>UA，C点输出低电平，VT1截止，VT2导通，由C2、VT5、VD10、VD4等组成的反偏电路使GTR迅速关断，VD7同时截止。下一周期将重复上述工作过程。

    带有反偏驱动电路的工作原理如下：当VT4导通时，GTR也导通。通过加速电容C2的比较大的充电电流向GTR基极提供过驱动电流，最大电流仅受R11阻值限制。充电结束后，进入导通阶段，GTR的基极电流由R11、R12和VD8共同决定，此时C2充有左正右负的电压。当VT4关断VT5导通时，电容C2经VT5的C-E结→VD4→VD10→C2放电。GTR的反偏电压等于VD10的导通压降，约为0.7V左右，使GTR迅速截止。

   (3)保护电路工作原理。在正常工作过程中，由于VD7导通，使UB=UCE。若GTR发生过载或其他原因退出饱和状态，使UCE上升到UB=UCE>UA时，C点输出低电平，VT1截止，VT2导通，由C2、VT5、VD10、VD4等组成的反偏电路使GTR迅速关断，VD7同时截止。

   (4)驱动电路器件的技术要求。首先对光电耦合器的要求是高速型光耦。这是因为对于桥式逆变电路，同一桥臂的上下两个互补的控制信号之间应当设置死区时间t△(15~20μs之间），因普通光耦开关时间较长，一般在(4~6μs)之间，而后级驱动的延迟时间长达10μs左右，而且可能出现开通与关断时间不等的现象，使正常的死区时间得不到保证。为了能安全可靠地工作，必须选用高速型光耦，并把后级驱动总延迟严格限制在5μs以内。例如图3-2中选用高速型光耦6N137就能满足系统的要求。

    其次对光耦的要求是具有较强的抗干扰能力。这是因为在GTR的开关转换过程中，P点的电位是发生跳变的，如图3-3所示。如GIR1导通或VD1续流时，P点与M点等电位；而GTR2导通或VD2续流时，P点又与N点等电位。P点电位的跳变速度由二极管反向恢复时间决定。对于中小功率三相异步电动机变频电源，P点的du/dt将达到每秒数千伏。若光耦抗干扰能力不强。P点电位的跳变将会通过光耦内部寄生电容耦合，在驱动电路中形成干扰脉冲，致使GTR发生误动作而不能正常工作。

    图3-3    GTR主电路驱动电路连接关系图

    驱动电路是GTR安全工作的基础，也是保证变频电源可靠运行的一个重要环节。而采用UAA4002专用模块驱动电路，可使GTR的工作更加安全可靠。