智能型IGBT驱动用光耦提供因应不同电流大小的可扩展性

IGBT的功率越来越大，同时也非常昂贵，其驱动、保护到反馈等环节的重要性越来越强。IGBT栅极驱动需要有长期稳定可靠的光耦做隔离。日前，在在国际集成电路研讨会暨展览会（IIC-China 2014）的电源管理及功率半导体论坛上，安华高科技（Avago）隔离产品事业部产品经理陈红雷做了“功能丰富的新型光耦开启IGBT驱动的可扩展性”的主题演讲。他针对大功率栅极驱动用光耦器件ACPL-339J及其应用做了详细介绍，随后笔者也就光耦的一些市场趋势对其做了专访。

图1：安华高科技隔离产品事业部产品经理陈红雷
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陈红雷介绍说，光耦器件主要分为三大类：基本型数字光耦（速率为100KBd~10MBd）、高速数字光耦（速率为12~50MBd，用于CAN、I²C等总线的高速隔离），以及专用型光耦（比如变频器、逆变器IGBT栅极驱动的隔离，变频器电机电流检测的隔离）。在强弱电隔离、通信、过程控制等传统领域都会用到光耦器件，而汽车电子、高速铁路和新能源等新的领域也都有光耦需求。Avago是全球第一大光耦器件供应商，从隔离电压等级、共模抑制比等方面看，该公司都处于业界领先的水平。 光耦由发光二极管和光敏二极管（或光敏三极管）组成，中间由介电绝缘带分隔开。光耦在制造过程中需保证二者能精确对位和距离调整。光耦的一些重要参数包括：电流传输比（CTR）、传输速率、共模抑制比（CMRR）等。其遵循的标准是UL1577和IEC 60747-5-5。IEC 60747-5-5的前身是VDE 0884，当年惠普（Avago）就是该标准的起草公司之一。 光耦的一个典型应用是变频器，其中有多处会用到光耦。第一，DSP的PWM信号通过光耦驱动IGBT。第二，电机驱动需要做电流检测。第三，工业自动化协同工作各部分的通信需做隔离。太阳能/风能发电的架构大同小异，汇流箱将太阳能电池分支汇总，经DC/DC转换器升压，再经逆变处理送至交流电网上。其上同样会有栅极驱动、电压检测、电流检测、现场总线通信等。汇流箱需要做电流检测，其通道较多，若采用传统的霍尔器件成本会比较高，采用光耦产品（比如ACPL-790）则非常经济。 ACPL-339J是一款智能型IGBT栅极驱动用光耦。智能型光耦指的是，光耦除了具备驱动功能以外，还具有失效/短路保护以及反馈功能。HCPL-316J是Avago最早的智能光耦产品，2013年该公司又推出了ACPL-339J，2014年又推出了ACPL-302J、ACPL-337J等产品。 ACPL-339J驱动电流为1A，有两个分立的驱动单元。反馈部分包括退饱和检测、欠压闭锁检测。相比于之前的产品，该产品有几大性能提升，如支持轨到轨输出、退饱和检测及调整、欠压闭锁反馈、外加MOSFET做缓冲等，最大的好处是该器件可扩展（适合于中功率至大功率应用，可以根据电流大小选择不同的MOSFET搭配）。 MOSFET相对于BJT，功率损耗比较低，ACPL-339J搭配MOSFET缓冲器做大功率驱动，可使功率损耗变小，PCB板级温度降低。同时，IGBT栅极驱动的上管和下管（前置驱动器）分别采用P型和N型MOSFET，可以通过在管与管之间调整延时，防止出现双管贯通而发生短路的现象（BJT是电流控制型器件，难以做到精确控制）。 ACPL-339J正常关断模式下的栅极电压关断时间为260ns；软关断模式下的关断时间可调（7μs@R_S=330Ω，17μs@R_S=1kΩ），从而降低di/dt，防止IGBT击穿。 最后在谈到光耦的发展趋势时，陈红雷透露，随着SiC、超级结MOSFET等新型产品的出现，安华高将会紧密地跟进。在高压、大功率驱动方面，690V电压供电场合，IGBT的电压等级达1100V_DC左右，再加上浪涌电压反馈，其将达到1600~1700V_DC。目前，Avago已有WIDEBODY（宽体）封装结构的光耦推出，其工作电压可达2262V，隔离电压为7500V。 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载