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具有自保护功能的IGBT厚膜集成电路HL402A(B)的原理及应用

2010-12-23 10:38
九一隐士
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  1引言

  绝缘栅控双极型晶体管IGBT的驱动问题是制约IGBT应用的关键技术之一。驱动电路性能不好,常常会造成功率IGBT的击穿和损坏。因此为解决IGBT的驱动问题,世界上各IGBT制造商都在生产IGBT的同时,配套生产了其专用栅极驱动集成电路或模块。如西门康公司的SKHI21、 SKHI22驱动模块、日本富士公司的EXB8系列、日本三菱公司的M579系列等。在国内大家比较注意和应用较多的是日本富士公司的EXB840、 EXB850、EXB841和日本东芝公司的M57962L、M57959L,但这些驱动器在工作频率超过30kHz时,其脉冲前后沿便变得较差,且内部采用印刷电路板设计,因此散热不是很好,加之提供负栅偏压的稳压管被封装在集成电路内部,这样就可能因该稳压管的损坏而使整个驱动芯片损坏,另外,由于稳压管的稳压值仅5V,这使得IGBT关断时负偏压偏低,从而导致该类栅极驱动芯片对IGBT驱动的不可靠,本文介绍的陕西高科电力电子有限责任公司生产的 HL402A(B)IG-BT驱动集成电路可以弥补EXB8系列和M579系列 IGBT驱动器的以上不足。

  2 HL402A(B)简介

  HL402驱动器是国家“八五”攻关新成果,为国家级新产品。它具有先降栅压、后软关断的双重保护功能,其降栅压延迟时间、降栅压时间、软关断斜率均可通过外接电容器进行整定,因而能适应不同饱和压降IGBT的驱动和保护。它的研制成功填补了国内空白,达到了国际90年代的先进水平。

  2.1引脚排列及功能

  HL402的外形尺寸及引脚排列如图1所示。它采用单列直插式标准17引脚厚膜集成电路封装,共有15个引脚。各引脚的功能如下:

  ●引脚17:内置静电屏蔽层的高速光耦合器阳极连接端。应用中通过一电阻接正电源,亦可通过一电阻接用户脉冲形成单元输出端,要求提供的电流幅值为12mA,无论是接用户脉冲形成部分的输出还是接正电源,串入的电阻值均可按下式计算:

  R=VIN-2V/12mA(kΩ)

  ●引脚16:内置静电屏蔽层的高速光耦合器阴极连接端。应用中直接接用户脉冲形成部分的输出(当引脚17通过电阻接正电源时),亦可直接与控制脉冲形成部分的地相连接(当引脚17接脉冲形成部分的脉冲输出时)。

  ●引脚2:被驱动的IGBT脉冲功率放大输出级正电源连接端。应用中接驱动输出级电源,要求提供的电压为25~28V。

  ●引脚4:被驱动的IGBT脉冲功率放大输出级正电源参考地端。

  ●引脚5、10:为软关断斜率电容器C5连接端(其引脚10在HL202内部已与引脚4接通)。该两端所接电容量的大小决定着被驱动的IGBT软关断斜率的快慢,推荐值为1000~3000pF。

  ●引脚11、10:降栅压延迟时间电容器C6的连接端。该两端所接电容器电容量的大小决定着降栅压延迟时间的长短,该电容的推荐值为0~200pF,当该电容的容量较大时,短路电流峰值也较大,所以此电容一般可不接。

  ●引脚12、10:降栅压时间定时电容器C7的连接端。当该电容器较大时,经过较长的降栅压时间后,被驱动的IGBT才关断,这意味着造成被驱动的IGBT损坏的危险性将增加。所以C7的值不能取得太大,但也不能取得太小,过小的C7将造成被驱动的IGBT快速降栅压后关断,这有可能导致回路中的电感因被驱动的IGBT快速关断而引起过高的尖峰过电压,从而击穿被驱动的IGBT,所以C7的取值要适当,一般推荐值为510~1500pF。

  ●引脚1:驱动输出脉冲负极连接端。使用时,接被驱动IGBT的发射极。

  ●引脚3:驱动输出脉冲正极连接端。使用中经电阻RG后直接接被驱动IGBT的栅极。电阻RG的取值随被驱动IGBT容量的不同而不同,当被驱动的IGBT为50A/1200V时,RG的典型值应为0~20Ω/1W。

  ●引脚9:降栅压信号输入端。使用中需经快恢复二极管接至被驱动IGBT的集电极,当需要降低动作门限电压值时,可再反串一个稳压二极管(稳压管的阴极接引脚9)。需要注意的是:该快恢复二极管必须是高压、超高速快恢复型,其恢复时间应不超过50ns,经反串稳压二极管后,原来的动作门限电压(8.5V)减去稳压管的稳压值即为新的门限电压。降栅压功能可通过将引脚13与引脚10相短接而删除。

  ●引脚6:软关断报警信号输出端,最大负载能力为20mA。它可作为被驱动的输入信号的封锁端,可通过光耦合器(引脚6接光耦合器阴极)来封锁控制脉冲形成部分的脉冲输出,亦可通过光耦合器来带动继电器,从而分断被驱动IGBT所在的主电路。

  ●引脚8:降栅压报警信号输出端,最大输出电流为5mA。该端可通过光耦合器(引脚8接光耦合器阴极)来封锁控制脉冲形成部分的脉冲输出,亦可通过光耦合器来带动继电器,从而分断被驱动的IGBT所在的主回路。

  ●引脚5:软关断斜率电容器C5的接线端及驱动信号的封锁信号引入端。使用中,可通过光耦合器的二次侧并联在C5两端(集电极接引脚5,发射极接引脚10,发光二极管接用户集中封锁信号输入)来直接封锁被驱动IGBT的脉冲输出。

  ●引脚7:空脚,使用时悬空。

  

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