1、 GTR驱动电路的设计要求

GTR基极驱动方式直接影响其工作状态，可使某些特性参数得到改善或变坏，例如，过驱动加速开通，减少开通损耗，但对关断不利，增加了关断损耗。驱动电路有无快速保护功能，则是GTR在过压、过流后是否损坏的重要条件。GTR的热容量小，过载能力差，采用快速熔断器和过电流继电器是根本无法保护GTR的。因此，不再用切断主电路的方法，而是采用快速切断基极控制信号的方法进行保护。这就将保护措施转化成如何及时准确地测到故障状态和如何快速可靠地封锁基极驱动信号这2个方面的问题。

(1) 设计基极驱动电路考虑的因素

设计基极驱动电路必须考虑的3个方面：优化驱动特性、驱动方式和自动快速保护功能。① 优化驱动特性优化驱动特性就是以理想的基极驱动电流波形去控制器件的开关过程，保证较高的开关速度，减少开关损耗。优化的基极驱动电流波形与GTO门极驱动电流波形相似。② 驱动方式驱动方式按不同情况有不同的分类方法。在此处，驱动方式是指驱动电路与主电路之间的连接方式，它有直接和隔离2种驱动方式：直接驱动方式分为简单驱动、推挽驱动和抗饱驱动等形式;隔离驱动方式分为光电隔离和电磁隔离形式。③ 自动快速保护功能在故障情况下，为了实现快速自动切断基极驱动信号以免GTR遭到损坏，必须采用快速保护措施。保护的类型一般有抗饱和、退抗饱和、过流、过压、过热和脉冲限制等。

(2) 基极驱动电路

GTR的基极驱动电路有恒流驱动电路、抗饱和驱动电路、固定反偏互补驱动电路、比例驱动电路、集成化驱动电路等多种形式。恒流驱动电路是指其使GTR的基极电流保持恒定，不随集电极电流变化而变化。抗饱和驱动电路也称为贝克箝位电路，其作用是让GTR开通时处于准饱和状态，使其不进入放大区和深饱和区，关断时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。固定反偏互补驱动电路是由具有正、负双电源供电的互补输出电路构成的，当电路输出为正时，GTR导通;当电路输出为负时，发射结反偏，基区中的过剩载流子被迅速抽出，管子迅速关断。比例驱动电路是使GTR的基极电流正比于集电极电流的变化，保证在不同负载情况下，器件的饱和深度基本相同。集成化驱动电路克服了上述电路元件多、电路复杂、稳定性差、使用不方便等缺点。具有代表性的器件是THOMSON公司的UAA4003和三菱公司的M57215BL。

①GTR的驱动电路种类很多，下面介绍一种分立元件GTR的驱动电路，如图5所示。电路由电气隔离和晶体管放大电路两部分构成。电路中的二极管VD2和电位补偿二极管VD3组成贝克箝位抗饱和电路，可使GTR导通时处于临界饱和状态。当负载轻时，如果V5的发射极电流全部注入V，会使V过饱和，关断时退饱和时间延长。有了贝克电路后，当V过饱和使得集电极电位低于基极电位时，VD2就会自动导通，使得多余的驱动电流流入集电极，维持Ubc≈0。这样，就使得V导通时始终处于临界饱和。图中的C2为加速开通过程的电容，开通时，R5被C2短路。这样就可以实现驱动电流的过冲，同时增加前沿的陡度，加快开通。另外，在V5导通时C2充电，充电的极性为左正右负，为GTR的关断做做准备。当V5截止V6导通时，C2上的充电电压为V管的发射结施加反电压，从而GTR迅速关断。

②GTR集成驱动电路种类很多，下面简单介绍几种情况：

HL202是国产双列直插、20引脚GTR集成驱动电路，内有微分变压器实现信号隔离，贝克箝位退饱和、负电源欠压保护。工作电源电压+8~+10V和-5.5V~ -7V，最大输出电流大于2.5A，可以驱动100A以下GTR。

UAA4003是双列直插、16引脚GTR集成驱动电路，可以对被驱动的GTR实现最优驱动和完善保护，保证GTR运行于临界饱和的理想状态，自身具有PWM脉冲形成单元，特别适用于直流斩波器系统。

M57215BL是双列直插、8引脚GTR集成驱动电路，单电源自生负偏压工作，可以驱动50A，1000V以下的GTR模块一个单元;外加功率放大可以驱动75~400A以上GTR模块。

2、 GTR的保护电路

GTR的保护电路应包括对器件的过电压保护、过电流保护、过热保护、安全区外运行状态保护以及过大的di/dt和du/dt的保护。为防止GTR的损坏，这些保护必须快速动作，而且这些保护都是在准确检测的基础上完成。过压、过热保护相对简单，可以利用压敏电阻、热敏电阻来实现保护。而对du/dt和di/dt限制保护，可通过缓冲电路来实现;过电流保护可根据基极或集电极电压特性来实现。下面介绍这2种保护电路的监测及工作原理。

过电流的出现是由于GTR处于过载或短路故障而引起的，此时随着集电极电流的急剧增加，其基极电压UBE和集电极电压UCE均发生相应变化。在基极电流和结温一定时，UBE随IC正比变化，监测UBE再与给定的基准值进行比较，就可发出切除驱动基极信号的命令，实现过载和过流保护。与此类似，利用UCE也可达到过流保护的目的。但UCE的变化比UBE缓慢，且受温度影响较大。

由于UBE随IC的变化比UCE的变化快，因此监测UBE适于短路过流保护，而监测UCE适用过载保护。过流保护的基极电压特性和电压监测电路，如图6所示。

由图6(a)明显看出，GTR的电压UBE随着IC正比变化。图6(b)电路随时监测UBE的变化，同时与基准电压值UR进行比较。在正常情况下，UBE< SPAN>R，比较器输出低电平保证驱动管V和GTR导通。当主电路发生短路时，UBE线性上升，一旦UBE>UR，比较器立即输出高电平使驱动管截止，迅速关断已经短路过流的GTR，实现过流保护。过载保护的集电极电压特性和电压监测电路，如图7所示。由图7(a)可见，GTR工作在饱和区和准饱和区时，UCE一般在0.8~2V之间。当负载过流或由于基极驱动电流不足时，均引起GTR退出饱和区进入线性放大区，致使UCE迅速增大，功耗猛增使器件烧毁。图7(b)电路随时监测UCE的变化，当UCE>UR时，保护电路动作使GTR关断。电路中电容C起加速强制开通作用。