HL402驱动模块的详细介绍

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4-59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4-59 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=V_IN-2V/12mA（kΩ） （4-11）

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R_G后直接接被驱动IGBT的栅极。电阻R_G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，R_G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（8.5V）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。

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

图4-60 HL402的原理框图

HL402的原理框图如图4-60所示。在图4-60中，VL1为带静电屏蔽的光耦合器，用来实现与输入信号的隔离。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4-60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V_CE不高于V5的基准电压V_REF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V_CE将高于V5的基准电压V_REF，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V_GE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。

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15～17V，负向驱动电压可达10～12V，因而可用来直接驱动容量为150A/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V_C∶30V（V_CC为15～18V，V_EE为-10～-12V）。

2）光耦合器输入峰值电流I_f∶20mA。(www.xing528.com)

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

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

5）输入、输出隔离电压V_iso∶2500V（工频1min）。

HL402的电源电压V_C的推荐值为25V（V_CC=+15V，V_EE=10V）；光耦合器输入峰值电流I_f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+V_G≥V_CC-1V。

2）输出负向驱动电压-V_C≥V_EE-1V。

3）输出正向电压响应时间t_on≤1μs（输入信号上升沿＜0.1μs，I_f=0～10mA）。

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

5）软关断报警信号延迟时间t_ALM1＜1μs（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t_ALM2＜1μs（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V_CE∶8±0.5V。

8）软关断动作门槛电压V_CE∶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4-61所示。在图4-61中的C₁、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4-61 HL402的典型接线

由HL402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4-61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VL3，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间的信号封锁。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（V_CES≤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100pF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≤V_CES≤3.5V），一般推荐C₆取0～100pF，降栅压延迟时间t₁为1μs，在C₅取1500pF，C₇取1000pF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（V_CES≥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t₂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4-62所示。在图4-62中，LM555在电源合闸时置“1”，输入信号V_IN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10kΩ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4-62中，C₁、C₃的典型值为0.1μF，C₂、C₄为100Μf/25V，VD4、VD5可取0.5V。

图4-62 HL402高频应用的典型接线