具有自保護功能的IGBT厚膜集成電路HL402A（B）的原理及應用

　　1引言

　　絕緣柵控雙極型晶體管IGBT的驅動(dòng)問(wèn)題是制約IGBT應用的關(guān)鍵技術(shù)之一。驅動(dòng)電路性能不好，常常會(huì )造成功率IGBT的擊穿和損壞。因此為解決IGBT的驅動(dòng)問(wèn)題，世界上各IGBT制造商都在生產(chǎn)IGBT的同時(shí)，配套生產(chǎn)了其專(zhuān)用柵極驅動(dòng)集成電路或模塊。如西門(mén)康公司的SKHI21、 SKHI22驅動(dòng)模塊、日本富士公司的EXB8系列、日本三菱公司的M579系列等。在國內大家比較注意和應用較多的是日本富士公司的EXB840、 EXB850、EXB841和日本東芝公司的M57962L、M57959L，但這些驅動(dòng)器在工作頻率超過(guò)30kHz時(shí)，其脈沖前后沿便變得較差，且內部采用印刷電路板設計，因此散熱不是很好，加之提供負柵偏壓的穩壓管被封裝在集成電路內部，這樣就可能因該穩壓管的損壞而使整個(gè)驅動(dòng)芯片損壞，另外，由于穩壓管的穩壓值僅5V，這使得IGBT關(guān)斷時(shí)負偏壓偏低，從而導致該類(lèi)柵極驅動(dòng)芯片對IGBT驅動(dòng)的不可靠，本文介紹的陜西高科電力電子有限責任公司生產(chǎn)的 HL402A（B）IG－BT驅動(dòng)集成電路可以彌補EXB8系列和M579系列 IGBT驅動(dòng)器的以上不足。

　　2 HL402A（B）簡(jiǎn)介

　　HL402驅動(dòng)器是國家“八五”攻關(guān)新成果，為國家級新產(chǎn)品。它具有先降柵壓、后軟關(guān)斷的雙重保護功能，其降柵壓延遲時(shí)間、降柵壓時(shí)間、軟關(guān)斷斜率均可通過(guò)外接電容器進(jìn)行整定，因而能適應不同飽和壓降IGBT的驅動(dòng)和保護。它的研制成功填補了國內空白，達到了國際90年代的先進(jìn)水平。

　　2．1引腳排列及功能

　　HL402的外形尺寸及引腳排列如圖1所示。它采用單列直插式標準17引腳厚膜集成電路封裝，共有15個(gè)引腳。各引腳的功能如下：

　　●引腳17：內置靜電屏蔽層的高速光耦合器陽(yáng)極連接端。應用中通過(guò)一電阻接正電源，亦可通過(guò)一電阻接用戶(hù)脈沖形成單元輸出端，要求提供的電流幅值為12mA，無(wú)論是接用戶(hù)脈沖形成部分的輸出還是接正電源，串入的電阻值均可按下式計算：

　　R＝VIN－2V／12mA（kΩ）

　　●引腳16：內置靜電屏蔽層的高速光耦合器陰極連接端。應用中直接接用戶(hù)脈沖形成部分的輸出（當引腳17通過(guò)電阻接正電源時(shí)），亦可直接與控制脈沖形成部分的地相連接（當引腳17接脈沖形成部分的脈沖輸出時(shí)）。

　　●引腳2：被驅動(dòng)的IGBT脈沖功率放大輸出級正電源連接端。應用中接驅動(dòng)輸出級電源，要求提供的電壓為25～28V。

　　●引腳4：被驅動(dòng)的IGBT脈沖功率放大輸出級正電源參考地端。

　　●引腳5、10：為軟關(guān)斷斜率電容器C5連接端（其引腳10在HL202內部已與引腳4接通）。該兩端所接電容量的大小決定著(zhù)被驅動(dòng)的IGBT軟關(guān)斷斜率的快慢，推薦值為1000～3000pF。

　　●引腳11、10：降柵壓延遲時(shí)間電容器C6的連接端。該兩端所接電容器電容量的大小決定著(zhù)降柵壓延遲時(shí)間的長(cháng)短，該電容的推薦值為0～200pF，當該電容的容量較大時(shí)，短路電流峰值也較大，所以此電容一般可不接。

　　●引腳12、10：降柵壓時(shí)間定時(shí)電容器C7的連接端。當該電容器較大時(shí)，經(jīng)過(guò)較長(cháng)的降柵壓時(shí)間后，被驅動(dòng)的IGBT才關(guān)斷，這意味著(zhù)造成被驅動(dòng)的IGBT損壞的危險性將增加。所以C7的值不能取得太大，但也不能取得太小，過(guò)小的C7將造成被驅動(dòng)的IGBT快速降柵壓后關(guān)斷，這有可能導致回路中的電感因被驅動(dòng)的IGBT快速關(guān)斷而引起過(guò)高的尖峰過(guò)電壓，從而擊穿被驅動(dòng)的IGBT，所以C7的取值要適當，一般推薦值為510～1500pF。

　　●引腳1：驅動(dòng)輸出脈沖負極連接端。使用時(shí)，接被驅動(dòng)IGBT的發(fā)射極。

　　●引腳3：驅動(dòng)輸出脈沖正極連接端。使用中經(jīng)電阻RG后直接接被驅動(dòng)IGBT的柵極。電阻RG的取值隨被驅動(dòng)IGBT容量的不同而不同，當被驅動(dòng)的IGBT為50A／1200V時(shí)，RG的典型值應為0～20Ω／1W。

　　●引腳9：降柵壓信號輸入端。使用中需經(jīng)快恢復二極管接至被驅動(dòng)IGBT的集電極，當需要降低動(dòng)作門(mén)限電壓值時(shí)，可再反串一個(gè)穩壓二極管（穩壓管的陰極接引腳9）。需要注意的是：該快恢復二極管必須是高壓、超高速快恢復型，其恢復時(shí)間應不超過(guò)50ns，經(jīng)反串穩壓二極管后，原來(lái)的動(dòng)作門(mén)限電壓（8．5V）減去穩壓管的穩壓值即為新的門(mén)限電壓。降柵壓功能可通過(guò)將引腳13與引腳10相短接而刪除。

　　●引腳6：軟關(guān)斷報警信號輸出端，最大負載能力為20mA。它可作為被驅動(dòng)的輸入信號的封鎖端，可通過(guò)光耦合器（引腳6接光耦合器陰極）來(lái)封鎖控制脈沖形成部分的脈沖輸出，亦可通過(guò)光耦合器來(lái)帶動(dòng)繼電器，從而分斷被驅動(dòng)IGBT所在的主電路。

　　●引腳8：降柵壓報警信號輸出端，最大輸出電流為5mA。該端可通過(guò)光耦合器（引腳8接光耦合器陰極）來(lái)封鎖控制脈沖形成部分的脈沖輸出，亦可通過(guò)光耦合器來(lái)帶動(dòng)繼電器，從而分斷被驅動(dòng)的IGBT所在的主回路。

　　●引腳5：軟關(guān)斷斜率電容器C5的接線(xiàn)端及驅動(dòng)信號的封鎖信號引入端。使用中，可通過(guò)光耦合器的二次側并聯(lián)在C5兩端（集電極接引腳5，發(fā)射極接引腳10，發(fā)光二極管接用戶(hù)集中封鎖信號輸入）來(lái)直接封鎖被驅動(dòng)IGBT的脈沖輸出。

　　●引腳7：空腳，使用時(shí)懸空。

　　1引言

　　絕緣柵控雙極型晶體管IGBT的驅動(dòng)問(wèn)題是制約IGBT應用的關(guān)鍵技術(shù)之一。驅動(dòng)電路性能不好，常常會(huì )造成功率IGBT的擊穿和損壞。因此為解決IGBT的驅動(dòng)問(wèn)題，世界上各IGBT制造商都在生產(chǎn)IGBT的同時(shí)，配套生產(chǎn)了其專(zhuān)用柵極驅動(dòng)集成電路或模塊。如西門(mén)康公司的SKHI21、 SKHI22驅動(dòng)模塊、日本富士公司的EXB8系列、日本三菱公司的M579系列等。在國內大家比較注意和應用較多的是日本富士公司的EXB840、 EXB850、EXB841和日本東芝公司的M57962L、M57959L，但這些驅動(dòng)器在工作頻率超過(guò)30kHz時(shí)，其脈沖前后沿便變得較差，且內部采用印刷電路板設計，因此散熱不是很好，加之提供負柵偏壓的穩壓管被封裝在集成電路內部，這樣就可能因該穩壓管的損壞而使整個(gè)驅動(dòng)芯片損壞，另外，由于穩壓管的穩壓值僅5V，這使得IGBT關(guān)斷時(shí)負偏壓偏低，從而導致該類(lèi)柵極驅動(dòng)芯片對IGBT驅動(dòng)的不可靠，本文介紹的陜西高科電力電子有限責任公司生產(chǎn)的 HL402A（B）IG－BT驅動(dòng)集成電路可以彌補EXB8系列和M579系列 IGBT驅動(dòng)器的以上不足。

　　2 HL402A（B）簡(jiǎn)介

　　HL402驅動(dòng)器是國家“八五”攻關(guān)新成果，為國家級新產(chǎn)品。它具有先降柵壓、后軟關(guān)斷的雙重保護功能，其降柵壓延遲時(shí)間、降柵壓時(shí)間、軟關(guān)斷斜率均可通過(guò)外接電容器進(jìn)行整定，因而能適應不同飽和壓降IGBT的驅動(dòng)和保護。它的研制成功填補了國內空白，達到了國際90年代的先進(jìn)水平。

　　2．1引腳排列及功能

　　HL402的外形尺寸及引腳排列如圖1所示。它采用單列直插式標準17引腳厚膜集成電路封裝，共有15個(gè)引腳。各引腳的功能如下：

　　●引腳17：內置靜電屏蔽層的高速光耦合器陽(yáng)極連接端。應用中通過(guò)一電阻接正電源，亦可通過(guò)一電阻接用戶(hù)脈沖形成單元輸出端，要求提供的電流幅值為12mA，無(wú)論是接用戶(hù)脈沖形成部分的輸出還是接正電源，串入的電阻值均可按下式計算：

　　R＝VIN－2V／12mA（kΩ）

　　●引腳16：內置靜電屏蔽層的高速光耦合器陰極連接端。應用中直接接用戶(hù)脈沖形成部分的輸出（當引腳17通過(guò)電阻接正電源時(shí)），亦可直接與控制脈沖形成部分的地相連接（當引腳17接脈沖形成部分的脈沖輸出時(shí)）。

　　●引腳2：被驅動(dòng)的IGBT脈沖功率放大輸出級正電源連接端。應用中接驅動(dòng)輸出級電源，要求提供的電壓為25～28V。

　　●引腳4：被驅動(dòng)的IGBT脈沖功率放大輸出級正電源參考地端。

　　●引腳5、10：為軟關(guān)斷斜率電容器C5連接端（其引腳10在HL202內部已與引腳4接通）。該兩端所接電容量的大小決定著(zhù)被驅動(dòng)的IGBT軟關(guān)斷斜率的快慢，推薦值為1000～3000pF。

　　●引腳11、10：降柵壓延遲時(shí)間電容器C6的連接端。該兩端所接電容器電容量的大小決定著(zhù)降柵壓延遲時(shí)間的長(cháng)短，該電容的推薦值為0～200pF，當該電容的容量較大時(shí)，短路電流峰值也較大，所以此電容一般可不接。

　　●引腳12、10：降柵壓時(shí)間定時(shí)電容器C7的連接端。當該電容器較大時(shí)，經(jīng)過(guò)較長(cháng)的降柵壓時(shí)間后，被驅動(dòng)的IGBT才關(guān)斷，這意味著(zhù)造成被驅動(dòng)的IGBT損壞的危險性將增加。所以C7的值不能取得太大，但也不能取得太小，過(guò)小的C7將造成被驅動(dòng)的IGBT快速降柵壓后關(guān)斷，這有可