变频电源逆变电路的核心部件——大功率开关器件，一般分为双极型、单极型与混合型三类。双极型有 GTO、GTR、SITH 等；单极型有功率 MOSFET、SIT 等；混合型有 IGBT、MGT（MOS 门极晶体管）等。这些大功率器件的运行状态及安全性直接决定变频电源和逆变器的性能优劣，而性能良好的驱动电路又是开关器件安全可靠运行的重要保障。

大功率晶体管（Giant Transistor, GTR）也称巨型晶体管，是三层结构的双极全控型大功率高反压晶体管，具自关断能力、控制方便，并有饱和压降低、安全工作区较宽等优点，已在许多变流器中被广泛应用。

在电子变流器中，GTR 主要工作在开关状态。GTR 是电流控制型器件，基极注入电流 I_B 后集电极即得到放大电流 I_C，电流放大倍数为 h_FE。对开关状态的 GTR，关键技术参数是反向耐压 U_CE 与正向导通电流 I_C。由于 GTR 非理想开关，饱和导通时有管压降 U_CES、关断时有漏电流 I_CEO；加之开关转换过程具有开通时间 t_on（含延迟 t_d 与上升 t_r）、关断时间 t_off（含存储 t_s 与下降 t_f），故使用时应重视其集电极功耗 P_c 与结温 T_jm。

1. 基极驱动电路设计原则

GTR 基极驱动电路直接影响其工作状况，设计时须考虑以下两点。

（1）最优化驱动。即以理想的基极驱动电流波形控制 GTR 开关过程，以提高开关速度、减小开关损耗。理想波形如图3-1 所示：为加快开通、降低开通损耗，正向基极电流在开通初期须具有陡峭前沿并有一定时间的过驱动电流 I_B1；导通阶段的基极驱动电流 I_B2 应使 GTR 恰好维持在准饱和状态以缩短存储时间 t_s。一般情况下过驱动电流 I_B1 约取准饱和基极驱动电流 I_B2 的 3 倍，其前沿控制在 0.5 μs 以内、宽度约 2 μs。关断时反向基极驱动电流应大些，以加快基区载流子抽走、缩短关断时间、减小关断损耗，实际常取 I_B3≥I_B1。该波形一般由加速电路与贝克钳位电路实现。

图3-1 理想的基极驱动电流波形

（2）自保护功能。GTR 驱动电路应有自保护功能，以便故障时快速自动切除基极驱动信号、避免 GTR 损坏。保护电路类型多样，可据器件与电路要求选择：为提高开关速度可采用抗饱和保护电路；要求自身功耗低可用退饱和保护电路；为防止基极欠驱动导致过载可采用电源电压监控保护；此外还有脉冲宽度限制电路及防止 GTR 损坏的过压、过流、过热保护电路。基极驱动电路发展趋势：①以提高工作速度为目标，多以抗饱和贝克钳位电路为基础；②不断完善与扩大自动保护功能；③在开通与关断速度方面不断改进。

2. 基极驱动电路

（1）电路组成与功能。图3-2 是一种实用高效自保护基极驱动电路，既能维持 GTR 工作在准饱和状态，又能对 GTR 过载提供快速可靠保护、防止其进入放大区，同时可改善开关特性、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、控制信号综合电路与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间的电气隔离；退饱和检测电路由二极管 VD6 与电压比较器 A1 组成，当 GTR 集-射极电压 U_CE 高于规定值时 A1 输出过载保护信号；控制信号综合电路由三极管 VT1 构成，功能是把正常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 VT3、VT4、VD7、VD8、VD9、C2 等组成，功能是提高开关速度并产生反偏压驱动波形。

（2）驱动电路工作原理。输入信号 U_i 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 分压电平，UB>UA，比较器输出 C 为低电平，VT1 截止、VT2 导通、VT3、VT4 截止，GTR 截止。U_i 由高电平变低电平时，光耦由截止变导通，C1 经 R8、VD3 充电，凭电容两端电压不能突变的特点，VT2 基极电位降到零、VT2 截止、VT3、VT4 导通，经加速网络 C2、R12 使 GTR 迅速饱和。GTR 导通后 U_CE 下降、VD7 导通，B 点电位钳位于 UB=U_CE<UA，A1 输出 C 变为高电平，VT1 导通、VT2 基极维持地电位、保持 VT2 截止、VT3、VT4 导通；同时 VT1 导通给 C1 提供放电回路使 C1 电压降为零，为下次工作做准备。U_i 由低变高时，光耦输出由导通变截止，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 等构成的反偏电路使 GTR 迅速关断，VD7 同时截止，下一周期重复该过程。

反偏驱动电路工作原理：VT4 导通时 GTR 导通，经加速电容 C2 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 基极电流由 R11、R12 与 VD8 共同决定，此时 C2 充有左正右负电压。VT4 关断、VT5 导通时，C2 经 VT5 的 C-E 结→VD4→VD10→C2 放电，GTR 反偏电压等于 VD10 导通压降（约 0.7 V），使 GTR 迅速截止。

（3）保护电路工作原理。正常工作中 VD7 导通使 UB=U_CE；若 GTR 过载或其他原因退出饱和使 U_CE 上升至 UB=U_CE>UA 时，C 点输出低电平、VT1 截止、VT2 导通，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。首先要求光耦为高速型。因桥式逆变电路同一桥臂上下两个互补控制信号之间应设置死区时间 t_Δ（15～20 μs），普通光耦开关时间较长（4～6 μs）、后级驱动延迟可达 10 μs 左右，且可能开通与关断时间不等，使正常死区时间得不到保证。为安全可靠，必须选用高速光耦并把后级驱动总延迟严格限制在 5 μs 以内，例如选高速光耦 6N137 可满足要求。其次要求光耦抗干扰能力强。因 GTR 开关转换过程中 P 点电位发生跳变（如图3-3），GTR1 导通或 VD1 续流时 P 点与 M 点等电位，GTR2 导通或 VD2 续流时 P 点与 N 点等电位；P 点电位跳变速度由二极管反向恢复时间决定，对中小功率三相异步电动机变频电源，P 点 du/dt 达每秒数千伏。若光耦抗干扰不强，P 点跳变会经光耦内部寄生电容耦合，在驱动电路形成干扰脉冲，导致 GTR 误动作。

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重要环节；采用 UAA4002 专用模块驱动电路可使 GTR 工作更加安全可靠。