HL402B可弥补EXB841及M57962AL缺陷的IGBT驱动器

摘 要:本文分析对照了IGBT驱动器HL402B与EXB841与M57962AL的参数、性能，得出结论HL402B是性能的IGBT驱动器。
1 引 言
绝缘栅控双极型晶体管IGBT(Insolate Gate Bipolar Translator)因具有输入阻抗高、驱动电流小、输出压降低、工作频率高、兼有巨型晶体管GTR和场效应晶体管MOSFET的优点。而扬弃了他们的缺点，所以倍受电力电子行业的青睐，在国内外获得了极为广泛的应用，IGBT应用的关键问题是其驱动电路和保护电路的合理设计，IGBT对驱动电路的要求可参文献1，驱动电路设计不好，常会造成IGBT工作中，要么在放大区而短时承受很大的功耗而二次击穿，要么使IGBT关断不迅速，而与其他IGBT换流时产生换流失败，造成直流侧电源短路而严重损坏。为解决IGBT的可靠驱动问题，世界上各IGBT生产厂家或从事IGBT应用的企业都开发出了拥有自主知识产权的配套IGBT驱动集成电路或模块，如日本富士公司的EXB841、EXB840、EXB851、EXB850；日本三菱电机公司生产的M57962AL与M57959、M57958、M57957；日本三社电机公司生产的GH038、GH039；德国IXYS公司生产的SKHI21、SKHI22；美国IR公司生产的IR2110、IR2130、IR2121……；日本英达公司生产的HR065；国产(国家“八.五”攻关成果)的HL401、HL402B、HL403B等。由于IR公司的IR21××系列IGBT驱动器仅适用于小功率IGBT驱动；而EXB8××系列驱动器是较早进入中国使用的IGBT驱动器。在50A以上的IGBT驱动器中，到今以M57962AL与EXB841在国内的使用量较大。本文经实验和理论分析对比，得到结论HL402B是性能优于EXB841及M57962AL的IGBT驱动器。
2 HL402B、EXB841、M57962AL结构及引脚排列上的比较
2.1 引脚排列及封装形式的比较
HL402B、EXB841、M57962AL均采用标准单列直插式厚膜集成电路封装。HL402B对外引出17个引脚，EXB841对外引出15个引脚，M57962AL对外引出14个引脚。它们的封装外形及引脚排列分别如(a)、(b)、(c)所示。三者中以EXB841外形尺寸，M57962AL外形尺寸，M57962AL与HL402B采用陶瓷基片黑色外包装，EXB841采用覆铜板(即印刷电路板)，由于陶瓷基片的散热性能要比覆铜板好几倍，经实验证明从负载能力和散热性能来看，以HL402B为，由于陶瓷基片比印刷电路板的频率特性好，加之合理的线路布局设计，实验证明HL402B在三者中的可工作频率也。
2.2 引脚功能的比较
HL402B、EXB841、M57962AL相同功能的引脚符号对照如表1所示，表中同时给出了相同功能的引脚功能说明。
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a) HL402B b) EXB841 c) M57962AL
HL402B、EXB841、M57962AL的引脚排列及封装外形示图
表1 HL402B、EXB841、M57962AL相同功能的引脚对照
H

1 1 无 驱动输出脉冲负极连接端
从表1可明显看出,三者中HL402B是保护功能全的IGBT驱动器，它充分发挥了厚膜集成电路各引脚的功能，给用户使用带来了极大的方便，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由用户方便地调节，而EXB841及M57962AL无降栅压保护功能，M57962AL的软关断时间可外部调节，EXB841的软关断时间无法调节。
2.3 内部结构原理的比较
的a)、b)、c)分别给出了HL402B、EXB841、M57962AL的内部结构及工作原理框图。由于HL402B保护功能比EXB841及M57962AL强，所以从图可见，HL402B内部的单元电路要比EXB841、M57962AL多，所以其电路也较EXB841和M57962AL复杂。
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a) HL402B b) EXB841
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c) M57962AL
HL402B、EXB841、M57962AL的内部结构及工作原理框图
3 应用性能的比较
3.1 可工作电源电压
HL402B允许施加的工作电源电压VCC为+15~+18V，VEE为-6~-12V；而EXB841的 VCC为15~20V，VEE固定为-5V；M57962AL的VCC为+15~+18V，VEE为-6~-15V；因而三者中EXB841的关断性能要比M57962AL及HL402B差，由于其关断时的反压仅为固定的5V，所以很可能使被驱动的IGBT关断慢或不可靠，而HL402B与M57962AL因关断时向被驱动IGBT提供的反压相近，且都可通过外部的稳压管而调节，所以两者的关断性能基本相同。
3.2 频率特性的比较
HL402B的输出正电压响应时间值tONmax≤1µs，其上升时间值trmax<0.1µs；输出负电压响应时间值toffmax≤1µs，其下降时间值tfmax<0.1µs。M57962AL的输出正电压响应时间值tONmax为2µs，其上升时间值trmax为1µs，典型值trtyp为0.5µs，而输出负电压响应时间值toffmax为2.3µs，其下降时间值tfmax为1µs，典型值为0.4µs；EXB841的输出正电压响应时间值tONmax为1.5µs，输出负电压响应时间值toffmax为1.5µs，从上述数据可以看出,三者中HL402B的上升及下降时间短，因而其频率特性，经实测EXB841及M57962AL在工作频率达到40kHz时，波形的上升、下降沿出现严重的变缓，而HL402B在如此高的频率下其波形上升和下降沿几乎不变，由此我们可断言这三种器件中HL402B的可工作频率。
3.3 温度特性
M57962AL的工作温度范围为-20~+70℃，存贮温度范围为-25~+100℃；EXB841的工作温度范围为-10~+85℃，存贮温度范围为-25~+125℃；HL402B的工作温度范围为-40~+85℃，存贮温度范围为-40~+125℃，所以HL402B在三者中的工作温度范围宽。
3.4 驱动能力
当脉冲宽度不大于2μs，脉冲频率为20kHz时，HL402B可输出的栅极正反向驱动电流为±6A，而EXB841为±4A，M57962AL为±5A，三者中以HL402B的负载能力为强。
3.5 其他性能
HL402B、M57962AL及EXB841都是通过用稳压管来把用户提供的单电源变为双电源工作的,不同点在于EXB841该稳压管封装在其内部，常因稳压管的损坏而使EXB841失效，而HL402B与M57962AL提供相对负偏压的稳压管放于其封装外部，所以用户可按需要选择该稳压管的功率和稳压值，既具有很大的灵活性，又提高了使用的可靠性。
3.6 保护性能
IGBT应用的关键问题是其驱动电路性能和保护电路性能的优劣，驱动电路应保证IGBT导通后一直工作于饱和区，从导通到关断或从关断到导通的时间应尽可能的短，保护电路用来在被驱动IGBT退出饱和或过载时提供快速有效地保护，把IGBT损坏的可能性降到，HL402B、EXB841、M57962AL都是自身带有对被驱动IGBT进行退饱和及过载保护功能的IGBT驱动器，且都是通过检测被驱动IGBT集射极的电压来完成保护功能的，但EXB841及M57962AL在被驱动IGBT出现退饱和或过流时，仅可进行软关断的保护，而HL402B不但能进行软关断保护，还可进行降栅压保护。EXB841及M57962AL在被驱动IGBT出现退饱和或过流时直接进行软关断，且EXB841软关断斜率不可调，而HL402B先进行降栅压后进行软关断，且降栅压及软关断报警时间可通过用户外接的两个电容器进行人为调节。这样当IGBT承受允许脉宽的短时退饱和或过载时，保护电路便不必软关断，防止了EXB841及M57962AL在此种情况下的误动作问题，所以HL402B是三者中保护功能强，保护功能设计合理和保护性能使用方便的IGBT驱动器。
3.7 典型应用电路
的a)、b)、c)分别给出了HL402B、EXB841、M57962AL的典型应用电路，从中我们更能体会它们三者应用的异同点。
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a) HL402B b) EXB841
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c)M57962AL
典型应用电路的比较
4 结 论
综上，我们可得如下结论，EXB841及M57962AL是国内目前应用较多的IGBT驱动器，但其工作频率特性，保护性能和负载驱动能力相对HL402B要差点，HL402B是目前国内可见到的IGBT驱动器中性能的，其在国内IGBT驱动中的应用前景极为广阔。
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