三极管推挽电路设计

当驱动光耦的输出能力无法满足IGBT门极驱动电流的要求时，要选择使用推挽驱动。

（1） IGBT门极峰值电流计算

参考英飞凌的应用手册，IGBT门极峰值电流

Imax=0.74*△VGE/（Rg+Rint）

△VGE为IGBT驱动电压变化量，Rg为外加门极电阻，Rint为门极内部电阻，0.74为考虑到驱动器内阻和引线电感而设置的校正系数。

假设IGBT在开通和关断的过程中，门极等效电容Cge恒定。 对于IGBT门极回路可列出微分方程

Ld2iG（t）/dt2+RdiG（t）/dt+1/CGE*iG（t）=0

求解方程(4)得到Imax的表达式(5)，其中e为2.71828。

Imax=2*△VGE/（eR）≈0.74△VGE/R

其中L为门极驱动回路的杂散电感，R为驱动电阻总和，包括Rg和Rint，iG(t)为随时间变化的门极电流。

注意事项：

1、在计算门极峰值电流时，理论值往往比实测值大，这是由于驱动回路杂散电感导致的；

2、外加门极电容越大，开通、关断时门极峰值电流越大；

3、对于驱动推挽电路没有直接安装在IGBT上面、推挽后级有驱动长线的应用，在外加门极电容的情况下，门极峰值电流实测值和理论值相差得大一些。

（2）三极管推挽电路组成及优缺点

常见的用三极管构成的推动级电路如图所示，上管用NPN三极管，下管用PNP三极管，组成推挽放大电路。

优点：正逻辑，简单，非常容易用。

缺点：

1、饱和导通时有0.7V的饱和压降；在做驱动器的输出级时，损耗较大，在开关频率较高时，发热尤其明显；

2、在峰值驱动电流较大时，三极管的CE电压降变得较高，因此为了保证门极电压为15V，电源电压需要设计为17V~18V；

3、三极管响应速度慢，基极到发射极的相响时间稍长，在做有源钳位的反馈通道时，显得有点慢；

4、三极管的基极电流会受IGBT门极充电电压的影响；

5、三极管的增益随着电流的变化而变化。

三极管推挽电路存在两种情况：输出端分开、输出端连接在一起的情况，如下图3所示，在图3(b)中，可在开通或关断电阻所在支路串联二极管，从而使开通或关断电阻阻值不同。

推挽输出端连在一起时，推挽三极管承受的反压较小； 推挽输出端分开时，推挽三极管承受的反压较大，反压主要是由开关电流在驱动电阻上的压降形成的。

（3） 推挽三极管的选型

① 推挽三极管的集射极电压VCEO

推挽三极管的集射极电压VCEO的80%大于驱动总电源Vcc+Vee。

②推挽三极管的集电极电流峰值Icm

集电极电流峰值Icm要大于IGBT门极峰值电流Ipeak，但要保证三极管增益曲线中Ipeak所对应的hFE大于50（建议值）。

③推挽三极管基极电阻的选择

推挽三极管基极电阻的选择步骤：

1、计算门极峰值电流Ipeak；

2、查三极管的增益曲线，找出Ipeak所对应的hFE；

3、计算基极电流Ib；

Ib=Ipeak /hFE

4、计算基极电阻，其中△VGE为IGBT驱动电压变化量，所选择的基极电阻应小于该阻值。

Rb=△VGE/Ib

注：应对NPN和PNP三极管分别计算基极电阻，若两个三极管的基极电阻共用，应选择较小的基极电阻。

注意事项：

1、 若减小推挽三极管的基极电阻，则开通时IGBT的门极电压会偏高；

2、 无论基极门极电阻、三极管增益如何变化，IGBT关断特性与反向恢复能量基本不变；

3、 对于某一类增益确定的三极管，随着基极电阻的增大，开通延时、上升时间、开通损耗等增加，开通di/dt、du/dt、反向恢复du/dt减小；

4、 若基极电阻固定，增益越大的三极管，相应的IGBT损耗越小，但当基极电阻小到一定值后，两种增益三极管的开通损耗基本相等；

5、驱动推挽器件布线时的注意事项

① 一般推挽器件发热严重，应尽量增大铺铜面积；

②若推挽器件采用直插封装，建议使用散热器进行散热；

③ 若条件允许，可以在推挽器件所在PCB板的另一面也铺铜，通过通孔连接，以改善散热。