基于IGBT驱动光耦继电器的应用！-先进光半导体

　　在谈论IGBT驱动光耦合器之前，我们先来简单谈谈IGBT。绝缘双极晶体管(IGBT)是一种压控功率器件，它要求驱动功率小，控制电路简单，导通电压低，具有较大的安全工作区和短路容限。在中等功率及以上的逆变器中，功率场效应管和功率双极晶体管作为功率开关器件的重要成员逐渐被取代，IGBT等功率器件占逆变器总成本的60%以上。因此，如何有效地驾驶和保护IGBT，使其安全有效地工作是一个关键问题。而光耦中的IGBT驱动光耦作用于IGBT驱动电路，在IGBT驱动器件的过流保护装置中起着关键作用。

　　IGBT电路的重要参数。

　　(1)栅极驱动电压。

　　IGBT是一个压控器件，它的导通和关断由栅极和发射极之间的电压UGE决定。当大于导通电压UGE(th)的正电压施加到栅极和发射极时，IGBT导通，当负偏置电压施加到栅极或栅极电压低于mosfet时，IGBT截止。典型的IGBT驱动原理图如图1所示，+UGE为正向导通电压，-UGE为截止电压。当UGE小的时候，IGBT的导通压降会增加，IGBT很容易发热。随着UGE数的增加，IGBT的导通压降和导通损耗将减小。当UGE大的时候，很容易造成电网击穿，很容易产生holding效应，不能关闭IGBT，损坏器件。根据设备手册，-UGE的一般值应低于-5V，典型值为-5V、-8V和-10V。

　　(2)IGBT门驱动电阻。

　　通过对栅极电容充电和放电来开启和关闭IGBT，栅极电容由栅极驱动电阻控制。栅极驱动电阻影响IGBT开关时间、开关损耗、反向偏置安全工作区、短路安全工作区等。也与EMI、du/dt、di/dt等密切相关。栅极驱动电阻的选择是驱动电路设计的重要组成部分。

　　(3)驱动电路的输出功率。

　　当IGBT工作在高频开关状态时，电路通过驱动电阻对IGBT的栅极电容进行充放电。根据栅极特性，IGBT的导通过程是从0V充电到UGE，输入电容的充电过程是等效的，关断过程是放电过程。在设计驱动电路时，由于驱动电流流经栅极驱动电阻，所以可以根据栅极电阻功耗计算驱动功耗，并根据相应的计算公式得到导通电路所需的功率。

　　第三，保护电路的设计。

　　当IGBT短路时，额定电流将在短时间内达到额定电流的5-6倍。此时，IGBT必须关闭，否则将对IGBT造成不可挽回的损害。为了保护电力设备，需要设计保护电路。过流发生时，UGE会迅速增大，是否发生过流可以通过监测UGE来判断。如果发生过电流，关闭IGBT。

　　IGBT驱动光耦是基于IGBT驱动电路设计要求的光耦产品。IGBT驱动光耦不仅仅是一个具有单一电气隔离功能的光耦，还可以看作是一个集成电路。以一直流行的输出电流大的HCPL-316J为例。HCPL-316J是一款2.0A门极驱动的光耦，具有集电极-发射极电压不饱和检测和故障状态反馈，也就是说它有过流检测电路，可以通过DESAT引脚监控UGE。故障发生时，可实现IGBT软关断，防止短路故障进一步扩大，驱动150A/1200VIGBT。可见，具有IGBT驱动功能的光耦不仅在IGBT驱动设计电路中起到电气隔离的作用，同时还起到过流检测和保护电路的作用。

　　IGBT驱动光耦的优点。

　　(1)这种类型的光耦合器可以为IGBT提供+15v和-5V的驱动电压，以确保IGBT开关。

　　(2)具有过流保护功能。当过电流发生时，保护电路及时关闭IGBT，防止IGBT被损坏。

　　(3)该电路可以根据负载的需要动态调整最大电流，应用范围广。

　　(4)IGBT驱动光耦的驱动电路可以降低整个系统的成本。