新能源车GTO门极驱动特性及对驱动电路的要求

热度:Loading...   日期:15-06-24, 09:07 AM   来源:   

【陆地方舟电动汽车网 ddc.greenwheel.com.cn】新能源车GTO的结构和特点使得其对驱动电路要求较严。门极控制不当,会使GTO在远不足电压、电流定额的情况下损坏。

(1)GTO的开通控制

GTO的多元集成结构要求所有GTO元在门极触发后同时导通。如果没有足够大的门极正向电流上升陡度,则GTO元延迟时间的差异将造成先导通的GTO元电流密度过大。门极正向电流脉冲幅值和宽度不足,将造成GTO元阴极导电面积扩展缓慢,局部电流密度不能迅速减小。如大部分GTO元尚未到达擎住电流时门极脉冲就已结束,就可能使部分导通的GTO元因承担全部阳极电流而损坏。

由于上述原因,要求GTO门极正向驱动电流的前沿必须有足够的幅值和陡度,可达产品目录所列门极触发电流(直流值)的6-10倍,然后逐渐降至1.2倍左右,下降过程缓慢为好。门极脉冲宽度最好和GTO导通时间相同,这样可以降低GTO导通期间的管压降,减少导通损耗。

GTO导通期间,虽然门极电流都超过产品目录所给的触发电流,但不能超过所给的门极正向峰值功率和门极正向平均功率。

与同等容量的普通晶闸管相比,GTO所需正向驱动电流的幅值和前沿陡度都较大。

(2)GTO的关断控制  

1GTO门极关断时脉冲电流iG和门阴极电压uG的波形。在储存时间ts期间,驱动电路从P2基区抽出储存电荷形成门极电流。在此期间门极与阴极间的PN结仍是正向偏置。储存时间结束后,N1P2N2等效晶体管开始退饱和,恢复控制能力,GTO内部进行阳极电流衰减的正反馈过程,这段时间即为阳极电流下降时间tf。在此期间,门极电流仍为负,门极已承受负电压。门极反向电压峰值通常都接近甚至达到门阴极间雪崩击穿电压,然后逐渐衰减,直至尾部时间tt阶段都应保持门极负电压。如在下次GTO重新开通前都保持一定反向电压,则可防止GTO误导通。

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1 GTO门极关断时iGuG波形

1中阴影面积称为门极关断电荷QG,是P2基区中储存电荷的数量。若被关断阳极电流IA一定,则QG也一定。 QGIA的增大而增大。如门极负电流幅值和陡度增加,因阴影面积QG不变,ts将缩短。同时,也加强了tf阶段门极抽取P1N1P2等效晶体管集电极电流的能力,加速了阳极电流衰减的正反馈过程,使下降时间tf缩短。门极反向脉冲电流的峰值一般应达到GTO导通时的阳极电流的25%30%,最大不应超过2IATO/3,以免门极瞬时功耗过大而烧坏。

(3)推荐的GTO门极脉冲波形  

较为理想的门极驱动电流波形如图2所示。驱动电流的幅值和前沿陡度都和GTO的容量和特性参数有关。

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图2 推荐的GTO门极电压电流波形

从原理上说,正向门极脉冲电流只要延续到GTO达到擎住电流即可;反向门极驱动电压的持续时间只要略大于关断时间toff和尾部时间t之和即可。但图2的波形正向脉冲电流后沿和反向脉冲电流前沿相连,反向电压后沿和正向电流前沿相连。在GTO导通期间,保持正向门极电流可降低管压降,减少导通损耗。在GTO关断期间,保持门极反向电压可防止误触发。另外,一般来说,开通和关断脉冲后沿极易出现过冲,开通脉冲后沿过冲可能成为误关断信号,关断脉冲后沿过冲可能形成误导通信号。如把二者连起来,却可利用过冲增加前沿陡度。

当采用的正反向脉冲的宽度都较窄,两者不相连时,脉冲后沿坡度应尽量小,以避免误导通或误关断。

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