HL402B可彌補(bǔ)EXB841及M57962AL缺陷的IGBT驅(qū)動(dòng)器

1、HL402B可彌補(bǔ)EXB841及M57962AL缺陷的IGBT驅(qū)動(dòng)器        摘 要:本文分析對(duì)照了IGBT驅(qū)動(dòng)器HL402B與EXB841與M57962AL的參數(shù)、性能，最后得出結(jié)論HL402B是性能最優(yōu)的IGBT驅(qū)動(dòng)器。        1 引 言    絕緣柵控雙極型晶體管IGBT(Insolate Gate Bipolar Translator)因具有輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電流小、輸出壓降低、工作頻率高、兼有巨型晶體管G

2、TR和場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET的優(yōu)點(diǎn)。而揚(yáng)棄了他們的缺點(diǎn)，所以倍受電力電子行業(yè)的青睞，在國(guó)內(nèi)外獲得了極為廣泛的應(yīng)用，IGBT應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題是其驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的合理設(shè)計(jì)，IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求可參文獻(xiàn)1，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)不好，常會(huì)造成IGBT工作中，要么在放大區(qū)而短時(shí)承受很大的功耗而二次擊穿，要么使IGBT關(guān)斷不迅速，而與其他IGBT換流時(shí)產(chǎn)生換流失敗，造成直流側(cè)電源短路而嚴(yán)重?fù)p壞。為解決IGBT的可靠驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，世界上各IGBT生產(chǎn)廠家或從事IGBT應(yīng)用的企業(yè)都開(kāi)發(fā)出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的配套IGBT驅(qū)動(dòng)集成電路或模塊，如日本富士公司的EXB841、EXB840、EXB851、EXB850；日本

3、三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的M57962AL與M57959、M57958、M57957；日本三社電機(jī)公司生產(chǎn)的GH038、GH039；德國(guó)IXYS公司生產(chǎn)的SKHI21、SKHI22；美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110、IR2130、IR2121；日本英達(dá)公司生產(chǎn)的HR065；國(guó)產(chǎn)(國(guó)家“八.五”攻關(guān)成果)的HL401、HL402B、HL403B等。由于IR公司的IR21××系列IGBT驅(qū)動(dòng)器僅適用于小功率IGBT驅(qū)動(dòng)；而EXB8××系列驅(qū)動(dòng)器是較早進(jìn)入中國(guó)使用的IGBT驅(qū)動(dòng)器。在50A以上的IGBT驅(qū)動(dòng)器中，到今以M57962AL與EXB841在國(guó)內(nèi)的使用量較大。本

4、文經(jīng)實(shí)驗(yàn)和理論分析對(duì)比，得到結(jié)論HL402B是性能優(yōu)于EXB841及M57962AL的IGBT驅(qū)動(dòng)器。    2 HL402B、EXB841、M57962AL結(jié)構(gòu)及引腳排列上的比較    2.1 引腳排列及封裝形式的比較    HL402B、EXB841、M57962AL均采用標(biāo)準(zhǔn)單列直插式厚膜集成電路封裝。HL402B對(duì)外引出17個(gè)引腳，EXB841對(duì)外引出15個(gè)引腳，M57962AL對(duì)外引出14個(gè)引腳。它們的封裝外形及引腳排列分別如圖1(a)、(b)、(c)所示。三者中以EXB841外形尺寸最小，M5

5、7962AL外形尺寸最大，M57962AL與HL402B采用陶瓷基片黑色外包裝，EXB841采用覆銅板(即印刷電路板)，由于陶瓷基片的散熱性能要比覆銅板好幾倍，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明從負(fù)載能力和散熱性能來(lái)看，以HL402B為最好，由于陶瓷基片比印刷電路板的頻率特性好，加之合理的線路布局設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)證明HL402B在三者中的可工作頻率也最高。    2.2 引腳功能的比較    HL402B、EXB841、M57962AL相同功能的引腳符號(hào)對(duì)照如表1所示，表中同時(shí)給出了相同功能的引腳功能說(shuō)明。     

6、0;  a) HL402B b) EXB841 c) M57962AL    圖1 HL402B、EXB841、M57962AL的引腳排列及封裝外形示圖    表1 HL402B、EXB841、M57962AL相同功能的引腳對(duì)照    H L402B  EXB841  M57962AL  引 腳 功 能 17  15  14  驅(qū)動(dòng)脈沖輸入正端 16  14  13  驅(qū)動(dòng)脈沖輸入負(fù)端 15、14 

7、0;13、12  12、11  未引出端 13  6  1  欠飽和可用來(lái)近似反映過(guò)流或短路保護(hù)檢測(cè)信號(hào)輸入端 12  無(wú)  無(wú)  降柵壓定時(shí)電容連接端 11  無(wú)  無(wú)  降柵壓延遲時(shí)間定時(shí)電容連接端 10、4  9  6  輸出級(jí)電源參考地端 9  無(wú)  無(wú)  降柵壓信號(hào)輸入端 8  無(wú)  無(wú)  降柵壓報(bào)警信號(hào)輸出端 7  4、7、8、10、11  3、7、9、10

8、60;空腳 6  5  8  軟關(guān)斷報(bào)警信號(hào)輸出端 5  無(wú)  2  軟關(guān)斷斜率電容連接端 3  3  5  驅(qū)動(dòng)輸出脈沖正極連接端 2  2  4  被驅(qū)動(dòng)的IGBT脈沖功率放大輸出級(jí)正電源連接端 1  1  無(wú)  驅(qū)動(dòng)輸出脈沖負(fù)極連接端     1 1 無(wú) 驅(qū)動(dòng)輸出脈沖負(fù)極連接端    從表1可明顯看出,三者中HL402B是保護(hù)功能最全的IGBT驅(qū)動(dòng)器，它充分發(fā)揮了厚膜集成電路各引腳

9、的功能，給用戶使用帶來(lái)了極大的方便，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)外接電容由用戶方便地調(diào)節(jié)，而EXB841及M57962AL無(wú)降柵壓保護(hù)功能，M57962AL的軟關(guān)斷時(shí)間可外部調(diào)節(jié)，EXB841的軟關(guān)斷時(shí)間無(wú)法調(diào)節(jié)。    2.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理的比較    圖2的a)、b)、c)分別給出了HL402B、EXB841、M57962AL的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理框圖。由于HL402B保護(hù)功能比EXB841及M57962AL強(qiáng)，所以從圖可見(jiàn)，HL402B內(nèi)部的單元電路要比EXB841、M57962AL多，所以其電路也較EXB84

10、1和M57962AL復(fù)雜。        a) HL402B b) EXB841         c) M57962AL    圖2 HL402B、EXB841、M57962AL的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理框圖        3 應(yīng)用性能的比較    3.1 可工作電源電壓    HL402B允許施加的工作電源電壓VCC為+1

11、5+18V，VEE為-6-12V；而EXB841的 VCC為1520V，VEE固定為-5V；M57962AL的VCC為+15+18V，VEE為-6-15V；因而三者中EXB841的關(guān)斷性能要比M57962AL及HL402B差，由于其關(guān)斷時(shí)的反壓僅為固定的5V，所以很可能使被驅(qū)動(dòng)的IGBT關(guān)斷慢或不可靠，而HL402B與M57962AL因關(guān)斷時(shí)向被驅(qū)動(dòng)IGBT提供的反壓相近，且都可通過(guò)外部的穩(wěn)壓管而調(diào)節(jié)，所以兩者的關(guān)斷性能基本相同。    3.2 頻率特性的比較    HL402B的輸出正電壓響應(yīng)時(shí)間最大值tONmax1µs，

12、其上升時(shí)間最大值trmax<0.1µs；輸出負(fù)電壓響應(yīng)時(shí)間最大值toffmax1µs，其下降時(shí)間最大值tfmax<0.1µs。M57962AL的輸出正電壓響應(yīng)時(shí)間最大值tONmax為2µs，其上升時(shí)間最大值trmax為1µs，典型值trtyp為0.5µs，而輸出負(fù)電壓響應(yīng)時(shí)間最大值toffmax為2.3µs，其下降時(shí)間最大值tfmax為1µs，典型值為0.4µs；EXB841的輸出正電壓響應(yīng)時(shí)間最大值tONmax為1.5µs，輸出負(fù)電壓響應(yīng)時(shí)間最大值toffmax為1.5µ

13、s，從上述數(shù)據(jù)可以看出,三者中HL402B的上升及下降時(shí)間最短，因而其頻率特性最好，經(jīng)實(shí)測(cè)EXB841及M57962AL在工作頻率達(dá)到40kHz時(shí)，波形的上升、下降沿出現(xiàn)嚴(yán)重的變緩，而HL402B在如此高的頻率下其波形上升和下降沿幾乎不變，由此我們可斷言這三種器件中HL402B的可工作頻率最高。    3.3 溫度特性    M57962AL的工作溫度范圍為-20+70，存貯溫度范圍為-25+100；EXB841的工作溫度范圍為-10+85，存貯溫度范圍為-25+125；HL402B的工作溫度范圍為-40+85，存貯溫度范圍為-40+

14、125，所以HL402B在三者中的工作溫度范圍最寬。    3.4 驅(qū)動(dòng)能力    當(dāng)脈沖寬度不大于2s，脈沖頻率為20kHz時(shí)，HL402B可輸出的最大柵極正反向驅(qū)動(dòng)電流為±6A，而EXB841為±4A，M57962AL為±5A，三者中以HL402B的負(fù)載能力為最強(qiáng)。    3.5 其他性能    HL402B、M57962AL及EXB841都是通過(guò)用穩(wěn)壓管來(lái)把用戶提供的單電源變?yōu)殡p電源工作的,不同點(diǎn)在于EXB841該穩(wěn)壓管封裝在其內(nèi)部，常因穩(wěn)

15、壓管的損壞而使EXB841失效，而HL402B與M57962AL提供相對(duì)負(fù)偏壓的穩(wěn)壓管放于其封裝外部，所以用戶可按需要選擇該穩(wěn)壓管的功率和穩(wěn)壓值，既具有很大的靈活性，又提高了使用的可靠性。    3.6 保護(hù)性能    IGBT應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題是其驅(qū)動(dòng)電路性能和保護(hù)電路性能的優(yōu)劣，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)保證IGBT導(dǎo)通后一直工作于飽和區(qū)，從導(dǎo)通到關(guān)斷或從關(guān)斷到導(dǎo)通的時(shí)間應(yīng)盡可能的短，保護(hù)電路用來(lái)在被驅(qū)動(dòng)IGBT退出飽和或過(guò)載時(shí)提供快速有效地保護(hù)，把IGBT損壞的可能性降到最小，HL402B、EXB841、M57962AL都是自身帶有對(duì)被驅(qū)動(dòng)IGBT

16、進(jìn)行退飽和及過(guò)載保護(hù)功能的IGBT驅(qū)動(dòng)器，且都是通過(guò)檢測(cè)被驅(qū)動(dòng)IGBT集射極的電壓來(lái)完成保護(hù)功能的，但EXB841及M57962AL在被驅(qū)動(dòng)IGBT出現(xiàn)退飽和或過(guò)流時(shí)，僅可進(jìn)行軟關(guān)斷的保護(hù)，而HL402B不但能進(jìn)行軟關(guān)斷保護(hù)，還可進(jìn)行降柵壓保護(hù)。EXB841及M57962AL在被驅(qū)動(dòng)IGBT出現(xiàn)退飽和或過(guò)流時(shí)直接進(jìn)行軟關(guān)斷，且EXB841軟關(guān)斷斜率不可調(diào)，而HL402B先進(jìn)行降柵壓后進(jìn)行軟關(guān)斷，且降柵壓及軟關(guān)斷報(bào)警時(shí)間可通過(guò)用戶外接的兩個(gè)電容器進(jìn)行人為調(diào)節(jié)。這樣當(dāng)IGBT承受允許脈寬的短時(shí)退飽和或過(guò)載時(shí)，保護(hù)電路便不必軟關(guān)斷，防止了EXB841及M57962AL在此種情況下的誤動(dòng)作問(wèn)題，所以H

17、L402B是三者中保護(hù)功能最強(qiáng)，保護(hù)功能設(shè)計(jì)最合理和保護(hù)性能使用最方便的IGBT驅(qū)動(dòng)器。    3.7 典型應(yīng)用電路    圖3的a)、b)、c)分別給出了HL402B、EXB841、M57962AL的典型應(yīng)用電路，從中我們更能體會(huì)它們?nèi)邞?yīng)用的異同點(diǎn)。        a) HL402B b) EXB841         c)M57962AL    圖3 典型應(yīng)用電路的比較&

18、#160;   4 結(jié) 論    綜上，我們可得如下結(jié)論，EXB841及M57962AL是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較多的IGBT驅(qū)動(dòng)器，但其工作頻率特性，保護(hù)性能和負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)HL402B要差點(diǎn)，HL402B是目前國(guó)內(nèi)可見(jiàn)到的IGBT驅(qū)動(dòng)器中性能最優(yōu)的，其在國(guó)內(nèi)IGBT驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用前景極為廣闊。        參考文獻(xiàn)：    1 李 宏 淺談大功率IGBT的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題. 電氣傳動(dòng)，1992(4)    2 李 宏 電力電子設(shè)備用器件及集成電路應(yīng)用指南 第一分冊(cè) 電力半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)集成電路. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年6月    3 盛祖權(quán)等 具有完