功率半导体器件驱动专用集成电路概述
自从1955年人类发明第一只功率整流器至今,经过近40年的发展,一个新兴的高技术学科—电力电子学(PowerElectron-ics)已形成了较庞大的阵容,该学科中的电力半导体器件是最活跃的领域,至今已出现了功率晶闸管、功率晶体管、功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)、功率场效应晶体管(MOSFET)、功率场控晶闸管(MCT)、功率静电感应晶体管(SITH)等近50个品种的电力半导体器件。由于这些半导体器件的性能日趋完善,其容量不断扩大,为电动机的转速、转矩等控制带来了极大的方便,使电动机的转速、功率、转矩等控制装置的体积日益缩小,而静动态指标不断提高。本章在前述11章介绍的直流电动机控制及交流电动机控制专用集成电路基础上,主要介绍用于较大功率电动机控制的电力电子开关专用控制及驱动集成电路。
与所有电力半导体器件一样,功率开关的控制及驱动专用集成电路几十年来一直在不断地发展着,经过近40年的历程,功率开关的驱动电路基本上已告别了由分立器件构成的触发或驱动电路而经历了中小规模集成电路到超大规模集成电路的变化。如今用于功率开关的电力半导体器件触发或驱动的专用集成电路可以用很便宜的价格购得。本章以几种晶闸管、功率晶体管、功率MOSFET和IGBT的驱动电路为例,介绍功率器件控制及驱动专用集成电路的工作原理及应用注意事项,并举例说明其在工业中的具体应用。
由于功率器件的专用控制及驱动集成电路种类繁多,内部结构及性能指标各不相同,限于篇幅,本节仅以表12-1简要列出常
用的这些专用控制及驱动电路的型号、性能特点、极限参数、生产厂家和经销单位。然后详细介绍几种具有代表性产品的应用技巧。
表12-1常用功率器件的控制及驱动专用集成电路的特点和极限参数
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
极限参数 |
生产厂家或供货商家 |
功率晶闸管移相触发专用集成电路 |
KJ001KC01 |
双列直插14或18引 脚封装,输出脉宽100μs~3.3ras可调,用于单相半波可控整流电路、双电源工作 |
工作电压:±15V 负载能力:15mA |
航天部691厂 陕西高科电力电子公司 |
KJ004KJ009KC09KC04 |
适用于单相、三相全控 桥式供电装置中作晶闸管的双路脉冲移相触发,本身输出两路相差180°的移相脉冲,双列直插16引脚封装,正负双电源工作,移相范闺大于170° |
工作电源电压:±15V 同步电压可为任意值 脉冲宽度:400μs~~2ms 负载能力:15mA |
航天部691厂 上海电器科学研究所 陕西高科电力电子公司 |
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KJ005
KC05 |
是KJ006的一种特殊 情况,没有自生电源、不 能直接用在交流用电的场合,在外加同步信号和直流电源情况下,可用于 双向晶闸管或反井联晶闸管的相位控制 |
工作电源电压:+15V 输出脉冲宽度:190us~2ms 负载能力:200mA |
航天部691厂 上海电器科学研究所 陕西高科电力电子公司 |
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KJ006
KC06 |
适用于交直流电源直接供电的双向晶闸管或反并联晶闸管线路的交 流相位控制,不需同步信号及输出脉冲变压器和外接直流工作电源便可 由交流电网直接供电,具有移相控制电压与同步电压失去交点后保证不丢失脉冲的失交保护功 能、输出电流大的特点,可用于半控或桥式全控线路的相位控制,16引 脚双列直插式封装 |
自生直流电源:+12V~14V 外接直流电源电压:+15V 最大负载能力:200mA 输出脉冲宽度:100μs~2tos |
上海电器科学研究所 航天部691厂陕西高科电力 电子公司 |
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
极限参数 |
生产厂家或供货商家 |
功率晶闸管移相触发专用集成电路 |
KJ008KJ007KC07KC08 |
晶闸管过零触发器,可使双向晶闸管在电源电压或电流为零的瞬间进行触发,采用标准的双列直插式14引脚封装,可用于温度控制、单相或兰相电机和电器的无触点开关控制 |
最大负载能力:50mA 零检测端输入最大电流:8mA 工作电源电压:+12~+16V |
航天部691厂 上海电器科学研究所 陕西高科电力电子公司 |
KJ041KC041 |
六路双脉冲形成器,具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能,使用两块有电子开关控制的 KJ041电路组成逻辑控制,适用于电机正反转控制系统 |
工作电源电压:+15V 脉冲输出负载能力:20mA 控制端正向电流:3mA |
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KJ042KC042 |
适用于三相或单相晶问管可控电路的脉冲列调制源,脉冲占空比可调,输出脉冲调节范 宽,可用作方波发生器。双列直插式14引脚封装 |
工作电源电压;+15V 输入端正向电流:2mA 最大输出负载能力:12mA 调制脉冲频率:5~10kHz |
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TCA785KJ785 |
单片晶闸管移相触发集成电路,输出两路相差180°的触发脉冲,可在0~180°之间移相,可用来控制晶啊管或晶体管,引脚与TCA780、TCA780A 完全互换 |
工作电源电压:-0.5~+18V 最大脉冲负载电流:400mA 输出脉冲宽度:30μs~180°-c 同步输入电流:500pA |
德国Siemens公司 陕西高科电力电子公司 |
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
极限参数 |
生产厂家或供货商家 |
功率晶问(管移(相触发专用集成电路 |
TC787 |
采用先进的IC工艺设计制作,可单电源亦可双电源工作,适用于三相晶闸管的移相触发,是TCA785及 KJ系列触发电路的换代产品,一片电路可取代三块TCA785与KJ041及KJ042或五块KJ系列电路 组合才具有的功能 |
工作电源电压:VDo=0.5~18V 输人端电压: 0.5V~VDD 最大脉冲负载能力:300mA 同步信号频率:10~1000Hz |
陕西高科电力电子公司 |
TH101[ |
适用于单相、三相全控桥式供电装置中作晶闸管的双路脉冲移相烛发,输出两路相差180°的移相脉冲,不需要外围电路,使用十分方便,单列直插式16引脚厚膜集成电路封装 |
工作电源电压;±15V 同步电压:30V 锯齿波幅度>10V 输出脉冲宽度:400pis~2ms 输出脉冲电流幅值:≥1A |
陕西高科电力电子公司 |
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TH103 |
采用混合厚膜集成电路工艺技术制造,抗干扰能力强,体积小,输出六路相隔60°的触发脉冲,适用于三相全控桥式整流电路,双反星形带平衡电抗器电路和三相半控桥整流电路中作晶闸管的触发,输出为脉冲列,可使脉冲变压器的体积缩小,且不需功率放大便可直接带动脉冲变压器,输出峰值电流最大可达2A,适 用于直接触发1500A以内的晶问管。自身具有封锁逻辑,可用来进行故障状态下的保护 |
工作电源电压:+8~+18V 同步电压:三相均为30V 移相控制电压:0~12V 输入脉冲幅值:最大值>2A 输出脉宽:100μs~1ms |
陕西高科电力电子公司 西安电力电子技术设备开发公司 |
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
极限参数 |
生产!厂家或供货商家 |
功率晶闸齊移相触发专用集成电路 |
KM-18-3 |
单列直插式厚膜电路封装,外形尺寸及引脚间距符合国际标准,内部由TCA785、运算放大器、晶体管和阻容元件构成,输 出脉冲电流可达1.5A、且应用了补脉冲,输出为 双脉冲,内部加入了抗干 扰电路,抗干扰能力强 |
电源电压:+15V 同步电压:任意值 移相范围:180° 输出脉冲幅度:≥12V 输出脉冲前沿:≤las 允许使用温度:-10~+70℃ |
陕西高科电力电子公司 西安科谊电子有限公司 |
大功率晶体管(GTR)的基极驱动集成电路 |
UAA4002 |
标准双列直插式16引脚单片集成电路,可对被 驱动GTR进行快速有效的分散式就地保护,并保 证被驱动GTR运行于准饱和的理想临界状态 |
工作电源电压:—6~-7V 十8~+10V 正向驱动电流最大值:1.5A 反向驱动电流最大值:3.5A |
法国THOMO-SON公司 陕西高科电力电子公司 |
UAA40-03 |
标准双列直插式16引脚单片集成电路,可对被 躯动GTR进行最优驱动及完善的保护,保证被驱 动GTR运行于临界饱和的理想状态,自身含有PWM脉冲形成单元,故与GTR配合特别适用于直流斩波器系统 |
工作电源电压:-5~-7V +8~+12V 正向驱动电流最大值:1.5A 反向驱动电流最大值:3.5A 输出PWM脉冲顺率: 100Hz~几干赫兹 |
法国THOMO-SON公司 |
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
极限参数 |
生产厂家或供货商家 |
大功率晶体管(FR)的基极驱动集成电路 |
HL201 |
HL201适用于75A以内 的GTR直接驱动、属国内首创,达到国际80年代末先进水平,内部设置了微分变压器实现信号隔离,具有响应速度快的优点,有贝克钳位端可实现贝克钳位,双电源工作,输人与输出间绝缘隔离,单列直插式16引脚厚膜电路封装 |
工作电源电压: -5~-7V,+8~+10V 输入驱动信号:>10V,<5mA 最大输出电流;≥士2.5A 输入输出间隔离电压:≥2500V |
陕西高科电力 |
HL202 |
在HL201的基础上增加了退饱和保护和负电源电压的欠电压保护,内置光耦合器实现信号隔离,隔离性好,输出功率大,可驱动100A以内GTR,附加放大 |
工作电源电压:+8~+10V -5.5~-7V 最大输出电流>2.5A 负电源欠电压保 |
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后可驱动400A以内的GTR,单列直插式20引脚标准厚模电路封装 |
护电压:5±0.5V输入驱动信号: >13V,<50mA |
电子公司 |
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大功事门极可关断(9 |
专为GTO晶闸管门极 驱动而设计的厚膜前级壑动器,它能产生触发GTO晶闸管驱动器的三组触发脉冲,可用来组装600A及600A以上的GTO晶闸管 |
工作电源:两个独立的15V直流 输入驱动信号:>13V,<20mA |
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70)晶闸管门极驱动集成电路 |
HL301 |
门极驱动器,使GTO晶闸管驱动器的可盆性增加,把驱动器中触发部分所占的位置大大减小,为在GTO晶阐管驱动器中增加更多的保护、显示功能创造了条件,标准的单列直插式20引脚厚膜电路封装 |
输人输出隔离电压:>2500V 正强脉冲触发信号:高电平为 +11V、2A,低电平为一3V、1A |
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
极限参数 |
生产厂家或供货商家 |
大功率MOSFTT和GH春极驱动集成电路 |
HL401 |
具有响应迅速、隔离电压高、抗干扰性能好等优点,适用于IGBT、MOSFET的驱动,性能优于三菱公司的M57957L,内置微分变压器实现信号隔离,开通延迟及上升廷迟时间之和小于0.5ps,关断延迟时间及下降时间<les,输出正负脉冲电流的峰值电流大,适用于600V、300A及1200V、150A以内的IGBT驱动 |
供电电压:+15~+18V,-6~-12V 输出峰值电流 (40kHz、脉宽2j1s时):>±2.5A 输入输出隔离电压:>2500V 工作频率:40kHz 输入输出响应时间:<1μs |
陕西高科电力电子公司 |
IR2110 |
应用独有的高压巢成电路及无闩锁CMOS技术生产的MOSFET及IGBT专用驱动集成电路,内部为自举操作设计了悬浮电源,可驱动逆变器中同桥臂的两个1GBT或MOSFET,标准双列直插式14引脚封装 |
输出门极驱动电流最大值:2A 最高工作频率:>40kHz 最高通断电压:500V 输入与CMOS及TTL兼容 |
美国国际整流器公司 陕西高科电力电子公司 |
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IR2125 |
高速高压MOS门极驱 动器集成电路,可直接用于母线工作电压为500V的系统中,驱动N沟道MOSFET或IGBT一单元,内部含有故障封锁端,单一标准的双列直插式8引脚封装集成电路 |
可工作母线敢高工作电压:500V 输入与TTL及CMOS兼容 自身工作电源电压: VB=0.5~20V 输出驱动电流:V。=VB±0.5V |
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
饭限参数 |
生产厂家或供货商家 |
大功率M0SHET和16BT情极驱动集成电路 |
1R2151 |
应用悬浮及自举技术设计,可用于母线工作电压为600V的场合,内部具有封锁逻辑和PWM脉冲形成 单元,是为单相半桥逆变器驱动而设计的,可直接驱动单相半桥逆变器中的两个MOSFET或1GBT,标准的 双列直插式8引脚封装,为了避免逆变桥中同桥膏的两个功率器件发生直通短路,内部电路可为被驱动的两个棚极信号提供las的互锁间隔时间 |
工作母线电压:500V 占空比:50% 输出电压:10~15V 上升及下降时间典型值:100ns(上升)与50ns(下降)死区时间:lμs |
美国国际整流器公司 陕西高科电力电子公司 |
应用高压悬浮工艺制作的廉价功率MOSFET及IGBT栅极驱动器,它可同时驱动逆变桥中同桥臂的 两个上通道及下通道的MOS栅功率器件,自身集成有振荡源,可产生PWM |
工作母线电压:600V 振荡频率:直流 |
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IR2155 |
脉冲,输出PWM脉冲的占空比可以在0~99%范围 内调节,内部集成的互锁逻辑可保证被驱动逆变桥的上下两个MOS榭功率器 件的幡极信号之间具有 lμs的互锁延时,标准的双列直插式8引脚封装 |
~80kHz 占空比(最大),99% 死区时间:Ius |
类别 |
型号 |
主要特点及性能 |
极限参数 |
生产厂家或供货商家 |
大功率≤5和3H橱极驱动集成电路 |
EXB840 |
为驱动高达150A、600V 的1GBT和75A、1200V的IGBT而设计的单列直插 式15引脚厚膜驱动电路,驱动电路的信号延迟< lμs,适用于高达40kHz的开关电路中工作.内部集成有故障及低速切断封锁逻辑 |
工作电源电压:20V 最大负载能力:25mA 最高工作频率:40kHz |
日本富士公司 陕西高科电力电子公司 |
EXB841 |
设计用来驱动功率为 600V、400A及300A、 1200V以内的KGBT.驱动 电路信号延迟≤lμs,适用 于高达4CkHz的开关电路 中工作,内部集成有过电流 保护及故障低速切断逻辑, 管脚排列为标准的单列直 插式15引脚厚膜集成电路 |
T作电源电压20V 最大负载能力:47mA 最高工作频率:40kHz |
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HL402AHL402B |
具有降栅压及软关断双重保护功能,它的降橱压延迟时间、降橱压时间、软关断斜率均可通过外接电容器进行整定,能适应不同饱和压降1GBT的驱动,且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,采用标准的单列直插式17引脚厚膜工艺封 装,可直接驱动150A、1200V以内的IGBT |
工作电源电压:Vcc:为15一18V,VEE为一10~-12V 输人驱动信号:≥10mA~≤20mA 降栅压及软关断门槛,8±0.5V和8.5±0.8V 降栅压报警信号延迟时间及软关断信号延迟时间: ≤lμs |
陕西高科电力电子公司 |
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