HL201A是西安电力电子技术研究所研制的GTR(大功率三极管)专用厚膜驱动电路。该电路为国内首创，它技术成熟，内置微分变压器，可实现输入、输出信号的隔离且响应速度快；外接器件简单，并具有贝克钳位端，可靠性高，受环境因素影响小，特别是电源适用范围很广；其较大的输出功率可直接驱动75 A以内的GTR模块。相比于UAA4002、M57125等驱动器，具有性能优良及价格便宜等优点。但在组成的具体系统中，由于其内部不带保护电路，易出现GTR意外损坏现象。因此，为该驱动电路附加改进的保护措施，是GTR安全可靠运行的重要保障。
1 模块简介 1.1 引脚功能说明 HL201A采用单列直插式标准16引脚厚膜集成电路封装，可直接焊装在印刷电路板上，它向外共引出9个脚，各引脚的名称、功能及用法如表1所列。
1.2 内部结构及工作原理
HL201A的内部结构如图1所示。输入的驱动脉冲经VT1放大后推动隔离微分变压器T1，再由F1脉冲放大和整形电路输出。当输出脉冲为高电平时，该脉冲经电阻R2限流后使VT2管导通，以驱动GTR饱和导通。这时，如有过饱和驱动电流，将通过接于引脚15的贝克钳位二极管分流。当输出脉冲为低电平时，VT2截止，VT3导通，以迅速抽出GTR基—射结的剩余载流子，从而使被驱动的GTR可靠关断。一般地，HL201 A在工作时的典型输出电流波形。其最大输出电流在前沿时大于25 A，平顶时为1.5 A，输入、输出响应时间小于1.5 μs，比较符合GTR最优基极驱动电流波形的要求。
1.3 应用电路及其不足
图2虚线左半部分给出了在直流脉宽调速系统中应用HL201A模块驱动GTR的原理电路图，而虚线右半部分是下文3.2要介绍的GTR附加保护电路。图中所用的GTR为功率管SQD50AB100，R4C3为过压保护支路。
该电路驱动模块HL201A外围元件少，简单可靠。但在实际使用中，由于模块本身不具有GTR保护功能，如果不附加另外的保护措施(例如图2中虚线右半部分)，GTR有可能意外损坏。主要原因是：
(1)当驱动电路突然掉电或误操作导致主电路上下桥臂GTR直通短路，或负载阻抗急剧减小出现过流，这时流过GTR的电流超过最大允许电流ICM，使电极引线过热而烧断，或使结温过高而损坏。检测短路和过流信号是技术难点，检测到故障信号后，通常是关闭GTR的基极电流，利用 GTR的自关断能力切断电路。
(2)因外部电路条件和元器件参数的变化，GTR退出了饱和状态，进入放大区，使得集电极耗散功率增大而发生击穿。退饱和与过流是两种不同现象。我们知道，GTR饱和的条件是IB≥IC/β。因此，即使IC没达到过流整定值，若IB减小或β减小，也会产生退饱和现象。退饱和保护与过流保护相似，即在故障发生时，利用GTR的自关断能力切断电路。
2 保护措施
2.1 自保护原理
在驱动电路中实现短路过流及退饱和的可靠保护，应包括GTR故障状态的快速检测和随后立即封锁基极驱动信号。显然，基极驱动与故障保护结合在一起的自保护驱动电路将具有响应快速、保护可靠、电路简单的优点。一般认为，GTR因负载短路过流或基极驱动不足而进入线性工作区造成功率损耗过大，是引起GTR在导通期间过载损坏的主要原因。通过分析GTR的过载特性，我们可以利用GTR的通态压降随负载电流的变化规律来检测GTR的过载状态并启动过载保护电路，从而为在驱动电路中实现GTR的即时过载保护提供可能。图3是常温25 ℃和不同基极驱动电流IB下，实验测量SQD50AB100得到Vce与 IC之间关系曲线， 由图可知，Vce随IC增大而增大，而且当IC增大到一定值时，Vce陡然增大，表明GTR开始退出饱和区，使Vce急剧上升。 IC阈值比器件额定工作电流稍大，因此Vce的明显增大可作为器件过载的指示，它由保护电路检测，并与予先设定的基准电压Vref相比较，一旦Vce超过Vref，就封锁功率管的基极驱动信号。基准电压Vref大小取决于需要保护电路动作时的负载电流。由于功率管在退出饱和状态时Vce增长变化较大，因此过载保护效果良好。
2.2 实现电路
图2是完整的HL201A驱动保护电路，虚线右半部分所示即为附加保护电路。IC1为HL201 A，给GTR提供基极驱动，IC2为555时基电路，用于GTR过载保护。D1、D2、D3均为快恢复二极管FR107。D1用于贝克钳位，D2、D3用于GTR故障状态检测，R6设定比较电压Vref，整定过载保护动作点电流值。
电路的工作过程如下所述：合上驱动电源后，IC2的7脚内部泄放三极管关断，7脚为高电平，IC2正常工作。当UIN为低电平时，IC1的12脚输出负基极驱动电流，14脚内部的VT2三极管截止，功率管处于可靠的关断状态。当UIN由低电平变为高电平输入时，IC1的14脚输出正基极驱动电流，12脚内部的VT3三极管截止，功率管处于开通状态。
在上述GTR关断期间，IC1的12脚约为负5.7 V，IC2的2、6脚为负5 V，远低于IC2的5脚Vref比较电压，IC2不翻转仍正常工作。GTR开通初始阶段，由于IC1的12脚内部的VT3截止，而GTR尚未饱和导通，Vce很大，所以D2、D3截止，9 V电源经R5向C4充电，按正常情况，当GTR进入饱和导通状态后，C4上的充电电压应仍未达到IC2的5脚比较电压，而导通后饱和压降Vce小，D2立即导通，IC2的2、6脚降为0.7 V+Vce，仍远低于Vref，IC2不翻转，这样就避开了GTR开通过程带来的死区问题，死区时间大约3～5 μs，因此可设定R5C4的参数。导通之后，若GTR过载使Vce急剧上升，0.7 V+ Vce超过IC2的5脚比较电压，IC2翻转，3脚低电平输出使VT4导通，IC1的14脚接通电源地，从而封锁了GTR的基极驱动信号，同时IC2的7脚内部泄放三极管导通，7脚低电平输出并通过4脚自锁，维持在IC2的3脚低电平输出，VT4一直导通的状态，防止GTR任何重新开通的可能。
断开电源并排除过载故障后，如要再启动自保护驱动电路使其正常工作，只需通过简单的复位（即重新合上驱动电源）便可实现。
3 结论
本文提出的改进措施利用了HL201A驱动模块的优点，实现了在驱动电路中对功率管的过载自保护，并且具有以下特点：
①基极驱动电流接近理想驱动器的特性，且电路简单；
②传输延时小，约为1.5 μs，完全适用于高频变换器；
③保护快速可靠，主回路上可省去霍尔电流传感器。
这充分说明HL201A驱动电路只要在实践中灵活使用，确实是一种性能优良、经济实惠、值得推荐的 GTR驱动电路。本文关键字：暂无联系方式电子技术，电工技术 - 电子技术
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