HL402 IGBT驱动模块参数和电路设计

HL402 驱动模块具有先降栅压、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。

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：

 

图1 HL402的外形尺寸及引脚排列

1) 17脚为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，也可通过一电阻接脉冲形成单元输出端，要求提供的电流幅值为12mA，无论是接脉冲形成电路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)

2) 16脚为内置静电屏蔽层的高速光耦合器阴极连接端，应用中直接接脉冲形成电路的输出(当 17脚通过电阻接正电源时)，亦可直接与控制脉冲形成电路的地相连接(当 17脚接脉冲形成电路的脉冲输出时)。

3)2脚为被驱动的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。

4)4脚为被驱动的IGBT脉冲功率放大输出级正电源参考地端。

5)5脚、10脚为软关断斜率电容器C5连接端(10脚在HL402内部已与4脚接通)，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。

6) 11脚、10脚为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。

7) 12脚、10脚为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。

8)1脚为驱动输出脉冲负极连接端，使用时，接被驱动IGBT的发射极。

9)3脚为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。

10)9脚为降栅压信号输入端，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. SV)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。

11)6脚为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(6脚接光耦合器阴极)来封锁控制脉冲形成电路的脉冲输出，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。

12)8脚为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(8脚接光耦合器阴极)来封锁控制脉冲形成电路的脉冲输出，亦可通过光电耦合器来带动继电器，从而分断被驱动的IGBT所在的主回路。

13)5脚为软关断斜率电容器 C5的接线端及驱动信号的封锁信号引入端，使用中，可通过光电耦合器的二次侧并联在C5两端(集电极接5脚，发射极接10脚，发光二极管接用户集中封锁信号输入)来直接封锁驱动IGBT的脉冲输出。

14)7脚为空脚，使用时悬空。

2.工作原理

HL402的原理框图如图2所示。在图2中，VL1为带静电屏蔽的光耦合器，用来实现与输人信号的隔离。由于它具有静电屏蔽功能，因而显著提高了HL402的抗共模干扰能力。图2中的V2为脉冲放大器，晶体管V3、V4可用于实现驱动脉冲功率放大，V5为降栅压比较器，正常情况下由于引脚9输入的IGBT集电极电压VCE不高于V5的基准电压VREF而使得V5不翻转，晶体管V6不导通，故从引脚17、16输入的驱动脉冲信号经V2 整形后不被封锁。该驱动脉冲经V3、V4放大后提供给被驱动的IGBT以使之导通或关断。一旦被驱动的IGBT退饱和，则引脚9输入的集电极电压取样信号VCE将高于V5的基准电压VREF，从而使比较器 V5翻转后输出高电平，使晶体管V6导通，并由稳压管VD2将驱动器输出的栅极电压VGE降低到 10V。此时，软关断定时器 V8在降栅压比较器 V5翻转达到设定的时间后，输出正电压使晶体管V7导通，并将栅极电压关断降到 IGBT的栅极—发射极门槛电压，以便给被驱动的IGBT提供一个负的驱动电压，从而保证被驱动的IGBT可靠关断。

 

图2 HL402的原理框图

3.主要参数

由于HL402内含一个具有静电屏蔽层的高速光耦合器，因而可以实现信号隔离，它抗干扰能力强，响应速度快，隔离电压高。并具有对被驱动的IGBT进行降栅压、软关断的双重保护功能。在软关断及降栅压的同时输出报警信号，以实现对封锁脉冲或分断主回路的保护。它的输出驱动电压幅值很高，其正向驱动电压可达I5 ~17V，负向驱动电压可达10 ~12V，因而可用来直接驱动容量为i50A/1200v以下的功率IGBT。

(1)极限参数

HL402的极限参数如下：

1)供电电压Vc：30V(Vcc为15~18V，VEE为—10 ~12V)。

2)光耦合器输入峰值电流If：20mA。

3)正向输出电流+IG：2A，脉宽<2μs、频率为40kHz、占空比<0.05。

4)负向输出电流-IG：2A，脉宽<2μs、频率为40kHz、占空比<0.05。

5)输入、输出隔离电压Viso：2500V(工频1min)。

HL402的电源电压VC的推荐值为25V( VCC= +15V，VEE= 10V);光耦合器输入峰值电流If为10~12mA。

(2)主要电参数

HL402的主要电参数如下：

1)输出正向驱动电压+ VG ≥Vcc —1V。

2)输出负向驱动电压- VC ≥VEE —1V。

3)输出正向电压响应时间ton≤1μs(输入信号上升沿<0.1μs，If =0 ~ l0rnA)。

4)输出负电压响应时间toff≤1μs(输入下降沿0.1μs，If =10~0mA)。

5)软关断报警信号延迟时间tALM1< lμs(不包括光耦合器 VL3的延迟)，输出电流< 20mA。

6)降栅压报警信号延迟时间tALM2< lμs(不包括光电耦合器 VL2的延迟)，输出电流<5mA。

7)降栅压动作门槛电压VCE：8±0.5V。

8)软关断动作门槛电压VCE：8.5±0.8V。

9)降栅压幅值：8 ~10V。

4.典型应用电路

HL402的典型接线如图3所示。在图3中的Cl、C2、C3、C4应尽可能地靠近引脚2、1、4安装。为尽可能避免高频耦合及电磁干扰，由HL402输出到被驱动的IGBT栅—射极的引线应采用双绞线或同轴电缆屏蔽线，其引线长度应不超过1m。

 

图3 HL402的典型接线

由HL402402的引脚9、13接至IGBT集电极的引线必须单独分开走，不得与栅极和发射极引线绞合，以免引起交叉干扰。在图3所示典型接线图中，光耦合器VL1可输入脉冲封锁信号，当 VL1导通时，HL402输出脉冲将立即被封锁至-10V。光耦合器 VL2用于提供软关断报警信号，它在驱动器软关断的同时还将导通光耦合器VI_3，以提供降栅压报警信号。在不需封锁和报警信号时，VL1、VL2及VL3可不接。

在高频应用时，为了避免IGBT受到多次过电流冲击，可在光耦合器 VL2输出数次或一次报警信号后，将输入引脚16、17问的信号封锁。使用中，通过调整电容器C5, C6、C7的值，可以将保护波形中的降栅压延迟时间t1、降栅压时间t2软关断斜率时间t3调整至合适的值

对于低饱和压降的IGBT( VCES≤2. 5V)，可不接降栅压延迟时间电容器 C6，这样可使降栅压延迟时间t1最小。在这种情况下，当降栅压时间定时电容器 C7为750pF时，可得到的降栅压定时时间为6μs。软关断斜率电容C5可取l00pF左右，由此决定的软关断时间t3为2μs。

对于中饱和压降的IGBT (2.5 ≤VCES ≤3.5V)，一般推荐 C6取0~ l00pF，降栅压延迟时间t1为lμs，在C5取1500pF，C7取l000pF时，降栅压时间t2为8μs，而软关断时间t3为3μs。

对于高饱和压降的IGBT(VCES≥3. 5V)，C5、C6、C7的推荐值分别为：C5取3000pF，C6取200pF，C7取1200pF，此时降栅压延迟时间t1约为2μs，降栅压时间12约为10μs，软—关断时间t3约为4μs。

在高频使用场合，出现软关断时能够封锁输入信号的应用电路如图4所示。在图4中，LM555在电源合闸时置“1”，输入信号VIN通过与门4081进入 HL402的引脚17、16。当出现软关断时，光耦合器VL1导通，晶体管V2截止，V2集电极电压经l0kΩ电阻、330pF 电容延迟5μs后，使LM555 置“0”，并通过与门4081将输入信号封锁。此电路延迟5μs动作是为了使IGBT 软关断后再停止输入信号，以避免立即停止输入信号而可能造成的硬关断。在图4中，Cl- C3的典型值为0.1μF，C2、C4为l00Mf/25V，VD4、VD5可取0. 5V。

 

图4 HL402高频应用的典型接线