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HL402驱动器是国家“八、五”攻关新成果，1995年*新产品。它具有先降栅压、后软关断的双重短路保护功能，其降栅压延迟时间、降栅压时间及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。它的研制成功填补了国内空白，达到了国际90年代的先进水平。 一、各引脚的排列、名称、功能及用法 HL402的外形尺寸及引脚排列如图1所示。它采用标准单列直插式17引脚厚膜集成电路封装，对外引线共有15个引脚。
图1 HL402的外形尺寸及引脚排列示图 各引脚的名称、功能及用法── 引脚1：驱动输出脉冲负极连接端。使用时，接被驱动IGBT的发射极。 引脚2：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。 引脚3：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的典型值为0～20Ω(1W)。 引脚4：被驱动的IGBT脉冲功率放大输出级正电源参考地端。接用户为输出级提供的正电源(一般为+24～+25V)地端。 引脚5：软关断斜率电容器C5的接线端及驱动信号的*引入端。使用中，可通过光耦合器二次侧并联于C5两端(集电极接引脚5，发射极接引脚10，发光二极管接用户集中*信号输入)来直接*被驱动IGBT的脉冲输出。 引脚5、10：软关断斜率电容器C5连接端(其引脚10在HL402内部已与引脚4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，C5推荐值为1000～3000pF。 引脚6：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*端，可通过光耦合器(引脚6接光耦合器阴极)来*控制脉冲形成部分的脉冲输出，亦可通过光耦合器来带动继电器分断被驱动IGBT所在的主电路。 引脚7：空脚，使用中悬空。 引脚8：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(引脚8接光耦合器阴极)来*控制脉冲形成部分的脉冲输出，亦可通过光耦合器来带动继电器分断被驱动的IGBT所在的主回路。 引脚9：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，当需要降低动作门槛电压值时，可再反串入稳压二极管(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，由原来的动作门槛电压(8.5V)减去稳压管的稳压值即为新的门槛电压。降栅压功能可通过将引脚13与引脚10相短接而删除。 引脚11、10：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，该电容推荐值为0～200pF，当该电容值的电容量大时短路电流峰值较大，所以此电容一般可不接。 引脚12、10：降栅压时间定时电容器C7的连接端。当该电容器较大时，降栅压时间较长后被驱动的IGBT才关断，这意味着造成被驱动的IGBT损坏的危险性在增加，所以C7的值不能取得太大；但C7的值也不能取得太小，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di/dt产生尖峰过电压Ldi/dt击穿被驱动的IGBT，所以C7的取值要适当，一般推荐使用值为510～1500pF。 引脚16：内置静电屏蔽层的高速光耦合器阴极连接端。应用中，直接接用户脉冲形成部分的输出(当引脚17通过电阻接正电源时)，亦可直接接控制脉冲形成部分的地(当引脚17接脉冲形成部分的脉冲输出时)。 引脚17：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，亦可通过一电阻接用户脉冲形成单元输出端，要求提供的电流幅值为12mA，无论是接用户脉冲形成部分的输出还是接正电源，串入的电阻值可按下式计算： R=(VIN-2V)/12mA (kΩ) 二、工作原理 HL402原理框图如图2所示。图中，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。图中V2为脉冲放大器，晶体管V3、V4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，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*。该驱动脉冲经V3、V4放大后提供给被驱动的IGBT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高于V5的基准电压VREF，比较器V5翻转输出高电平，使晶体管V6导通，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，将栅极电压软关断降到IGBT的栅极-发射极门槛电压，给被驱动的IGBT提供一个负的驱动电压，保证被驱动的IGBT可靠关断。图3给出了HL402正常工作时的波形，而图4给出了HL402保护动作后的输出波形。
图2 HL402的内部结构及工作原理示图
图4 HL402保护动作后的输出波形 三、基本设计特点、参数限制及电特性 1．基本设计特点 HL402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。它具有对被驱动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*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IGBT。 2．参数限制 HL402的极限参数── (1) 供电电压VC：30V(VCC为15～18V，VEE为-10～-12V)； (2) 光耦输入峰值电流If：20mA； (3) 正向输出电流+IG：2A(脉宽<2μs、频率为40kHz、占空比<0.05时)； (4) 负向输出电流-IG：2A(脉宽<2μs、频率为40kHz、占空比<0.05时)； (5) 输入、输出隔离电压Viso：2500V 工频，1min。 (1) 电源电压VC：25V(VCC=+15V，VEE=-10V)； (2) 光耦合器输入峰值电流If：10～12mA； 3．HL402的电特性 (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) 输出正电压响应时间tON：≤1μs(输入信号上升沿<0.1μs，If=0→10mA)； (4) 四、应用技术 1．使用注意事项 (1) HL402正常应用的典型接线如图5所示，图中的C1、C2、C3、C4需尽可能靠近HL402的引脚2、1、4安装。
图5 HL402正常应用的典型接线 (2) 为尽可能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。 (3) 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。 (4) 在典型接线图中，光耦合器VL1可输入脉冲*信号，当VL1导通时，HL402输出脉冲立即被*至-10V。光耦合器VL2提供软关断报警信号，它在驱动器软关断的同时导通光耦合器VL3，提供降栅压报警信号。 (5) 在不需*和报警信号时，VL1、VL2及VL3可不接。 (6) 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*。 (7) 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。 (8) 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，从而使降栅压延迟时间t1最小。此种情况下，降栅压时间定时电容器C7取750pF便可得到降栅压定时时间为6μs。软关断斜率电容器C5可取1000pF左右，由此决定的软关断时间t3为2μs。 (9) 对于中饱和压降的IGBT(2.5V≤VCES≤3.5V), 一般推荐C6取0～100pF，则降栅压延迟时间t1为1μs，C5取1500pF，C7取1000pF，则降栅压时间t2为8μs，而软关断时间t3为3μs。 (10) 对于高饱和压降的IGBT(VCES≥3.5V), C5、C6、C7推荐取值分别为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。 (11) 在高频使用场合，出现软关断时能*输入信号的应用电路如图6所示。图中，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、引脚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”，通过与门4081将输入信号*。此电路延迟5μs动作是为了使IGBT软关断后再停止输入信号，避免立即停止输入信号造成的硬关断。图中，C1、C3的典型值为0.1μF, C2、C4为100μF/25V，VS4、VS5可取0～5V。
图6 高频领域中HL402的正确应用接线图 2．应用举例 HL402的优良性能，决定了它可用于一切主功率器件为IGBT的电力电子变流系统中作为驱动电路，以完成对IGBT的最优驱动，防止IGBT因驱动电路不理想造成的损坏。本文列举几个例子说明其在电力电子变流系统中的应用。 (1) 在开关电源系统中的应用 功率开关电源是通信、邮电、电力等领域的常用设备。过去，开关电源一般主功率器件都用MOSFET，由于半导体材料及工艺水平的制约，至今功率MOSFET要么就是低压大电流(如200A/50V)，要么就是高压小电流(如10A/1000V)，这就为制作大功率开关电源应用功率IGBT展现了广阔的前景。图7给出了应用四个HL402来完成开关电源系统中四个IGBT驱动的开关电源系统原理图。图中，IGBT的驱动脉冲由SG3526来产生，HL为霍尔电流传感器，它用来进行过电流、短路等故障的保护。
(2) 在直流斩波电源系统中的应用 直流斩波系统是直流调速系统中的常用方案，随着IGBT容量的不断扩大，为其在直流斩波系统中的应用展现了广阔的前景。HL402可用于此类系统来完成IGBT的驱动。图8给出了直流斩波调速系统中应用HL402驱动IGBT的原理图。该系统是闭环稳速系统，其速度的反馈信号来自测速传感器，可通过调节PWM调制器TL494输出的PWM脉冲宽度来实现直流电动机转速的调节，因而该系统可获得很宽的调速范围和较高的调速精度。
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图3 HL402的正常工作波形 
