具有自保護(hù)功能的IGBT厚膜集成電路HL402A（B）的原理及應(yīng)用

　　1引言

　　絕緣柵控雙極型晶體管IGBT的驅(qū)動問題是制約IGBT應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。驅(qū)動電路性能不好，常常會造成功率IGBT的擊穿和損壞。因此為解決IGBT的驅(qū)動問題，世界上各IGBT制造商都在生產(chǎn)IGBT的同時，配套生產(chǎn)了其專用柵極驅(qū)動集成電路或模塊。如西門康公司的SKHI21、 SKHI22驅(qū)動模塊、日本富士公司的EXB8系列、日本三菱公司的M579系列等。在國內(nèi)大家比較注意和應(yīng)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(qū)動器在工作頻率超過30kHz時，其脈沖前后沿便變得較差，且內(nèi)部采用印刷電路板設(shè)計(jì)，因此散熱不是很好，加之提供負(fù)柵偏壓的穩(wěn)壓管被封裝在集成電路內(nèi)部，這樣就可能因該穩(wěn)壓管的損壞而使整個驅(qū)動芯片損壞，另外，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值僅5V，這使得IGBT關(guān)斷時負(fù)偏壓偏低，從而導(dǎo)致該類柵極驅(qū)動芯片對IGBT驅(qū)動的不可靠，本文介紹的陜西高科電力電子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 HL402A（B）IG－BT驅(qū)動集成電路可以彌補(bǔ)EXB8系列和M579系列 IGBT驅(qū)動器的以上不足。

　　2 HL402A（B）簡介

　　HL402驅(qū)動器是國家“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(hù)功能，其降柵壓延遲時間、降柵壓時間、軟關(guān)斷斜率均可通過外接電容器進(jìn)行整定，因而能適應(yīng)不同飽和壓降IGBT的驅(qū)動和保護(hù)。它的研制成功填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)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(biāo)準(zhǔn)17引腳厚膜集成電路封裝，共有15個引腳。各引腳的功能如下：

　　●引腳17：內(nèi)置靜電屏蔽層的高速光耦合器陽極連接端。應(yīng)用中通過一電阻接正電源，亦可通過一電阻接用戶脈沖形成單元輸出端，要求提供的電流幅值為12mA，無論是接用戶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(jì)算：

　　R＝VIN－2V／12mA（kΩ）

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

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

　　●引腳4：被驅(qū)動的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(nèi)部已與引腳4接通）。該兩端所接電容量的大小決定著被驅(qū)動的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降柵壓延遲時間的長短，該電容的推薦值為0～200pF，當(dāng)該電容的容量較大時，短路電流峰值也較大，所以此電容一般可不接。

　　●引腳12、10：降柵壓時間定時電容器C7的連接端。當(dāng)該電容器較大時，經(jīng)過較長的降柵壓時間后，被驅(qū)動的IGBT才關(guān)斷，這意味著造成被驅(qū)動的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，過小的C7將造成被驅(qū)動的IGBT快速降柵壓后關(guān)斷，這有可能導(dǎo)致回路中的電感因被驅(qū)動的IGBT快速關(guān)斷而引起過高的尖峰過電壓，從而擊穿被驅(qū)動的IGBT，所以C7的取值要適當(dāng)，一般推薦值為510～1500pF。

　　●引腳1：驅(qū)動輸出脈沖負(fù)極連接端。使用時，接被驅(qū)動IGBT的發(fā)射極。

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

　　●引腳9：降柵壓信號輸入端。使用中需經(jīng)快恢復(fù)二極管接至被驅(qū)動IGBT的集電極，當(dāng)需要降低動作門限電壓值時，可再反串一個穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓管的陰極接引腳9）。需要注意的是：該快恢復(fù)二極管必須是高壓、超高速快恢復(fù)型，其恢復(fù)時間應(yīng)不超過50ns，經(jīng)反串穩(wěn)壓二極管后，原來的動作門限電壓（8．5V）減去穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值即為新的門限電壓。降柵壓功能可通過將引腳13與引腳10相短接而刪除。

　　●引腳6：軟關(guān)斷報(bào)警信號輸出端，最大負(fù)載能力為20mA。它可作為被驅(qū)動的輸入信號的封鎖端，可通過光耦合器（引腳6接光耦合器陰極）來封鎖控制脈沖形成部分的脈沖輸出，亦可通過光耦合器來帶動繼電器，從而分?jǐn)啾或?qū)動IGBT所在的主電路。

　　●引腳8：降柵壓報(bào)警信號輸出端，最大輸出電流為5mA。該端可通過光耦合器（引腳8接光耦合器陰極）來封鎖控制脈沖形成部分的脈沖輸出，亦可通過光耦合器來帶動繼電器，從而分?jǐn)啾或?qū)動的IGBT所在的主回路。

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

　　●引腳7：空腳，使用時懸空。

　　1引言

　　絕緣柵控雙極型晶體管IGBT的驅(qū)動問題是制約IGBT應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。驅(qū)動電路性能不好，常常會造成功率IGBT的擊穿和損壞。因此為解決IGBT的驅(qū)動問題，世界上各IGBT制造商都在生產(chǎn)IGBT的同時，配套生產(chǎn)了其專用柵極驅(qū)動集成電路或模塊。如西門康公司的SKHI21、 SKHI22驅(qū)動模塊、日本富士公司的EXB8系列、日本三菱公司的M579系列等。在國內(nèi)大家比較注意和應(yīng)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(qū)動器在工作頻率超過30kHz時，其脈沖前后沿便變得較差，且內(nèi)部采用印刷電路板設(shè)計(jì)，因此散熱不是很好，加之提供負(fù)柵偏壓的穩(wěn)壓管被封裝在集成電路內(nèi)部，這樣就可能因該穩(wěn)壓管的損壞而使整個驅(qū)動芯片損壞，另外，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值僅5V，這使得IGBT關(guān)斷時負(fù)偏壓偏低，從而導(dǎo)致該類柵極驅(qū)動芯片對IGBT驅(qū)動的不可靠，本文介紹的陜西高科電力電子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 HL402A（B）IG－BT驅(qū)動集成電路可以彌補(bǔ)EXB8系列和M579系列 IGBT驅(qū)動器的以上不足。

　　2 HL402A（B）簡介

　　HL402驅(qū)動器是國家“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(hù)功能，其降柵壓延遲時間、降柵壓時間、軟關(guān)斷斜率均可通過外接電容器進(jìn)行整定，因而能適應(yīng)不同飽和壓降IGBT的驅(qū)動和保護(hù)。它的研制成功填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)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(biāo)準(zhǔn)17引腳厚膜集成電路封裝，共有15個引腳。各引腳的功能如下：

　　●引腳17：內(nèi)置靜電屏蔽層的高速光耦合器陽極連接端。應(yīng)用中通過一電阻接正電源，亦可通過一電阻接用戶脈沖形成單元輸出端，要求提供的電流幅值為12mA，無論是接用戶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(jì)算：

　　R＝VIN－2V／12mA（kΩ）

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

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

　　●引腳4：被驅(qū)動的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(nèi)部已與引腳4接通）。該兩端所接電容量的大小決定著被驅(qū)動的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降柵壓延遲時間的長短，該電容的推薦值為0～200pF，當(dāng)該電容的容量較大時，短路電流峰值也較大，所以此電容一般可不接。

　　●引腳12、10：降柵壓時間定時電容器C7的連接端。當(dāng)該電容器較大時，經(jīng)過較長的降柵壓時間后，被驅(qū)動的IGBT才關(guān)斷，這意味著造成被驅(qū)動的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，過小的C7將造成被驅(qū)動的IGBT快速降柵壓后關(guān)斷，這有可