IGBT集成驱动模块的研究

2.3 HL402模块的分析

HL402是17脚单列直插式结构，内置有静电屏蔽层的高速光耦合器实现信号隔离，抗干扰能力强，响应速度快，隔离电压高。它具有对IGBT进行降栅压、软关断双重保护功能，在软关断及降栅压的同时能输出报警信号，实现封锁脉冲或分断主回路的保护。它输出驱动电压幅值高，正向驱动电压可达15～17V，负向偏置电压可达10～12V，因而可用来直接驱动容量为400A/600V及300A/1200V以下的IGBT。

HL402结构图如图5所示。图5中，VL1为带静电屏蔽的光耦合器，它用来实现与输入信号的隔离。由于它具有静电屏蔽，因而显著提高了HL402抗共模干扰的能力。图5中U1为脉冲放大器，S1、S2实现驱动脉冲功率放大，U2为降栅压比较器，正常情况下由于脚9输入的IGBT集电极电压VCE不高于U2的基准电压VREF，U2不翻转，S3不导通，故从脚17和脚16输入的驱动脉冲信号经S2整形后不被封锁。该驱动脉冲经S2、S2放大后提供给IGBT使其导通或关断，一旦IGBT退饱和，则脚9输入集电极电压给IGBT使其导通或关断，并且脚9输入的集电极电压采样信号VCE高于U2的基准电压VREF，比较器U2翻转输出高电平，使S3导通，由稳压管DZ2将驱动器输出的栅极电压VGE降低到10V。此时，软关断定时器U3在降栅压比较器U2翻转达到设定的时间后，输出正电压使S4导通，将栅极电压软关断降到IGBT的栅射极门限电压，给IGBT提供一个负的驱动电压，保证IGBT可靠关断。



HL402典型应用图如图6所示。在实际电路中，C1、C2、C3、C4需尽可能地靠近H1402的脚2、脚l、脚4安装。为了避免高频耦合及电磁干扰，由HL402输出到被驱动IGBT栅射极的引线需要采用双绞线或同轴电缆屏蔽线，其引线长度不超过1m。脚9和脚13接至IGBT集电极的引线必须分开走，不得与栅极和发射极引线绞合，以免引起交叉干扰。光耦合器L1可输入脉冲封锁信号，当L1导通时，HLA02输出脉冲立即被封锁至-10V。光耦合器L2提供软关断报警信号，它在躯动器软关断的同时导通光耦合器L3，提供降栅压报警信号。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、降栅压时间、软关断斜率时间调整至合适的值。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L2输出数次或1次报警信号后，将输入脚16和脚17间的信号封锁。



小结：以上三者中，M57962AL和HL402都采用陶瓷基片黑色包装，EXB841采用覆铜板黄色包装，由于陶瓷基片的散热性能和频率特性比覆铜板好，HL402的负载能力和散热性能最好，加之合理的布局设计，在三者中的工作频率最高，保护功能最全，而EXB841和M57962AL都没有降栅压保护功能。另外，HL402和M57962AL提供负偏压的稳压管，放于外部，既有灵活性又提高了可靠性，而EXB841的稳压管在内部，经常因稳压管的损坏而失效。因此，HL402凭借其优越的性能可以弥补另外两者的缺陷。

2．4 GH-039模块的分析

GH-039采用单列直插式12脚封装，功耗低、工作中发热很小，可以高密度使用它采用单电源工作，内置高速光耦合器，带有软关断过流保护电路，过流保护除闭锁自身输出外，还给出供用户使用的同步输出端。它可以用来直接驱动300A/600V以下的IGBT模块。

其内部结构图如图7所示，工作原理与EXB和M57系列模块相类似，这里不再赘述。而与EXB系列和M57系列的模块不同的是该模块已含有保护后发送报警或动作信号的光耦合器，所以使用中不需要像EXB和M57系列的模块外接光耦合器，因而更加方便，其性能比EXB和M57系列的模块在保护性能上更加优越；在可靠性方面，由于GH-039是单电源供电，不能提供负偏压，从而导致ICBT不能可靠地关断。与HL402相比，CH-039保护功能还不完善，它也同EXB841和M57962AL一样无降栅压保护。因此，GH-039驱动模块也是有缺陷的。



GH-039典型接线图如图8所示。工作电源VCC为26V；为了保持电压稳定，滤波电容器应尽可能靠近GH一039模块安装和使用，且其电容值不能小于10μF，并应选用高质量的电容；串入GH-039脚12与ICBT集电极之间的二极管D1，应选超快速恢复二极管，并且要保证其反向耐压不低于ICBT的集电极与栅极之间的额定电压；为防止所连接的过流保护端子光电隔离器的误动作，应在D1与GH一039的脚12之间串入100Ω的电阻；接于脚lO与脚12之间的D2选用超快速恢复二极管，其反向耐压可以低于IGBT的集射极间耐压。


2．5 其他驱动器

(1)IR系列驱动器 IR系列驱动器主要是为驱动桥臂电路而设计的，该芯片具有14脚，DIP封装。它具有过流保护和欠压保护功能，特别是它具有自举浮动电源大大简化了驱动电源的设计，只用一路电源即可驱动多个功率器件。其缺点是本身不能产生负偏压，当用于驱动桥式电路时，由于米勒效应的作用，在开通与关断时刻，容易在栅极上产生干扰，造成桥臂短路；另外IR系列驱动器采用了不隔离的驱动方式，在主电路的功率器件损坏时，高压可能直接串入驱动器件，致使驱动模块及前极电路损坏。

(2)UC37系列驱动器 该系列驱动器一般由UC3726和UC3727两片芯片配对使用，其工作频率较高，但在两芯片之间需增加脉冲变压器，给电路的使用和设计带来不便，因此该系列驱动器在我同并未得到推广。