HL601A雙電平保護(hù)器厚膜集成電路及應(yīng)用

1引言

電力電子運(yùn)行裝置是電力電子技術(shù)的核心，一個(gè)裝置投入運(yùn)行后的穩(wěn)定性和可靠性，與其保護(hù)性能是否完善和反應(yīng)靈敏密切相關(guān)。通常電力電子裝置設(shè)置的保護(hù)有：過壓、過流、直通、短路、缺相等許多種，保護(hù)電路借助于傳感器檢測(cè)裝置的運(yùn)行參量，與設(shè)計(jì)設(shè)定的門檻值進(jìn)行比較，當(dāng)超過該門檻值時(shí)便進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，常用的方法是借助于比較器和設(shè)定門檻的電位器。對(duì)大批量生產(chǎn)的電力電子裝置，這種調(diào)試方法工作量大，且因電位器滑頭的接觸是否可靠，參數(shù)分散性等因素都會(huì)給設(shè)備的可靠性帶來影響。陜西高科電力電子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的雙電平保護(hù)器厚膜集成電路HL601A，可以彌補(bǔ)上述不足，它采用集成電路封裝，翻轉(zhuǎn)門檻固定，給電力電子成套裝置的調(diào)試和維護(hù)帶來很大的方便。

2HL601A簡(jiǎn)介

HL601A能實(shí)現(xiàn)過電流、過電壓、過熱等信號(hào)的雙電平保護(hù)，它開創(chuàng)了多電平保護(hù)器的先例，具有動(dòng)作門限準(zhǔn)確、動(dòng)作迅速及可靠性高的特點(diǎn)。它具有兩級(jí)翻轉(zhuǎn)電平，當(dāng)達(dá)到第一級(jí)翻轉(zhuǎn)電平時(shí)(額定值的120％)給出報(bào)警信號(hào)，在過載信號(hào)消失后能自動(dòng)復(fù)位。此電平能提醒值班人員注意，使值班人員及控制計(jì)算機(jī)采取降低給定值的措施。當(dāng)達(dá)到第二級(jí)翻轉(zhuǎn)電平時(shí)(160％)，電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)并保持和記憶翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，使被保護(hù)器件自動(dòng)封鎖。此保護(hù)電路適用于以晶閘管、GTR、IGBT、功率MOSFET、GTO等為主功率器件的電力電子裝置中做保護(hù)用。

2?1引腳排列、各引腳名稱、功能及用法

HL601A為單列直插式15引腳封裝的厚膜集成電路，引腳排列如圖1所示，各引腳的名稱、功能及用法如表1所列。外形尺寸為長(zhǎng)×寬×厚=40mm×28mm×6mm。

2?2內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)述

HL601A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理如圖2所示。由圖可知，它的內(nèi)部由絕對(duì)值電路、雙電平比較器、保護(hù)電路三部分組成。其工作原理為：來自用戶電路的被保護(hù)信號(hào)取樣值（可以是任意極性）通過絕對(duì)值電路轉(zhuǎn)化為正信號(hào)，當(dāng)其大于第一級(jí)保護(hù)門檻時(shí)，第一級(jí)保護(hù)動(dòng)作，輸出端(引腳10)由高電平(大于9V)轉(zhuǎn)換為低電平(小于1V)，經(jīng)過外電路提醒值班人員或主控計(jì)算機(jī)采取控制措施，通常采用降低被保護(hù)信號(hào)給定值的措施。如采取措施后被控制量值降低并低于第一級(jí)動(dòng)作門檻則系統(tǒng)恢復(fù)正常；如被控制量的檢測(cè)值繼續(xù)增加，達(dá)到第二級(jí)保護(hù)門檻時(shí)，則第二級(jí)比較器動(dòng)作，經(jīng)保持電路記憶動(dòng)作狀態(tài)，以便操作人員檢查故障原因，并及時(shí)采取處理措施。

圖1HL601A的外形和引腳排列圖

表1HL601A的引腳說明

圖2HL601A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理圖

圖3HL601A保護(hù)后的輸出波形

(a)輸入波形(b)第一級(jí)翻轉(zhuǎn)電平波形(c)第二級(jí)翻轉(zhuǎn)電平波形

圖4HL601A的典型應(yīng)用接線圖

2?3主要電參數(shù)和限制

（1）電源電壓：±15V±10％；

（2）電源電流：≤10mA；

（3）保護(hù)動(dòng)作門檻電壓：第一級(jí)（6±0.5）V,第二級(jí)（8±0.5）V；

（4）保護(hù)輸出電壓：第一級(jí)高電平>9V，低電平

<1V；第二級(jí)高電平>12V，低電平<1V；

（5）第二級(jí)保護(hù)最小動(dòng)作延遲時(shí)間：<1μs；

（6）第二級(jí)保護(hù)延遲時(shí)間可按下式計(jì)算：

td=3.6×10－3C＋0.6(μs)；

（7）最大負(fù)載能力：高電平拉電流≤10mA，低電

平灌電流≤10mA。

3應(yīng)用技術(shù)

HL601A的優(yōu)良性能，決定了其可以方便地用于各種電力電子裝置中作為保護(hù)元件。

3?1典型應(yīng)用波形

HL601A的典型工作波形如圖3所示，圖3（a）為輸入波形，圖3（b）為第一級(jí)保護(hù)輸出端電壓波形，圖3（c）為第二級(jí)輸出端電壓波形。

3?2典型應(yīng)用接線

圖4給出了HL601A的典型應(yīng)用接線圖。圖5給出了HL601A用于三相變頻調(diào)速系統(tǒng)作過壓保護(hù)的原理圖，為了保證隔離，應(yīng)用霍爾電壓傳感器（HLV）檢測(cè)直流電壓，作為HL601A的保護(hù)輸入，HL601A的第一級(jí)保護(hù)輸出作封鎖脈沖之用，第二級(jí)保護(hù)輸出用來分?jǐn)嘀麟娐愤M(jìn)行集中式保護(hù)。

圖5HL601A用于三相SPWMIGBT變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理圖

4結(jié)語

HL601A可用于電力電子裝置中的過流、過壓、直通、短路、過熱等故障的兩級(jí)保護(hù)的需要。由于它為集成電路封裝，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，外圍元件很少，使用方便，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，其應(yīng)用前景將是十分廣闊的。