隔離驅(qū)動IGBT和Power MOSFET等功率器件所需的技巧

　　功率器件，如IGBT，Power MOSFET和Bipolar Power Transistor等等，都需要有充分的保護(hù)，以避免如欠壓，缺失飽和，米勒效應(yīng)，過載，短路等條件所造成的損害。這里介紹了為何光耦柵極驅(qū)動器能被廣泛的接受和使用，這不僅是因其所具有的高輸出電流驅(qū)動能力，及開關(guān)速度快等長處之外，更重要的，它也具有保護(hù)功率器件的所需功能。這些功率器件的保護(hù)功能包括欠壓鎖定（UVLO），DESAT檢測，和有源米勒鉗位。在電力轉(zhuǎn)換器，電機(jī)驅(qū)動，太陽能和風(fēng)力發(fā)電等系統(tǒng)的應(yīng)用上，所有這些保護(hù)功能都是重要的，因它確保這些系統(tǒng)能安全和穩(wěn)定的操作。另外，能把握如何正確的選用，設(shè)計這些光耦柵極驅(qū)動器來有效的使用/控制這些功能使到整個系統(tǒng)更簡單，高效，可靠，是系統(tǒng)設(shè)計工程師不可或缺的技能！

　　1、請問：專家可否介紹一下ACP-330J、ACP-C79A絕緣放大器的放大特性，頻率特性以及絕緣特性？謝謝！

　　1） CTR的放大特性 --- ACPL-330J 和 ACPL-C79A 都沒有CTR的放大特性。雖然所有柵極驅(qū)動光耦合器的輸入端均有一個LED及隔離輸出端均有一個光學(xué)探測器， 其操作功能卻與CTR無關(guān)緊要，因為它們是靠數(shù)字信號格式下運作的。作為探測器如其可以檢測到LED是否處于ON或OFF狀態(tài)，其輸出將反映相應(yīng)的功能。例如ACPL-332J的情況 - 它的功能是利用PWM輸入信號來造成輸出端輸出同一PWM信號，進(jìn)而數(shù)字化驅(qū)動IGBT或PowerMosfet。它雖也具有特定緩沖驅(qū)動能力， 但與CTR完全無關(guān)。 同樣的，在ACPL-C79A的情況下，它是一個電流感測器 - 它的功能是把輸入電流信息以數(shù)字化（Σ-Δ）編碼，然后以模擬型式 把所代表的輸入電流波形以放大倍數(shù)電流波形（無關(guān)于CTR）發(fā)出到輸出端。

　　2）頻率特性--- ACPL-330J適用于在30kHz？40kHz的頻率上驅(qū)動IGBT/ PowerMosfet （如所需的峰值電流《1.5A規(guī)定電流）。 ACPL-C79A是適用于帶寬高達(dá)200kHz的典型電流感應(yīng)。

　　3）絕緣特性--- ACPL-330J和ACPL-C79A均能滿足依據(jù)IEC60747-5-5的安規(guī)所規(guī)定的超強(qiáng)絕緣性能。您也可以從它們的數(shù)據(jù)手冊，找到更詳細(xì)的資料。

　　2、請問：光耦端的控制電流與功率管輸出驅(qū)動電流之比是用什么指標(biāo)表示，其最大值是多少？謝謝！

　　全部柵極驅(qū)動光耦合器都沒有CTR的放大特性。雖然所有柵極驅(qū)動光耦合器的輸入端均有一個LED及隔離輸出端均有一個光學(xué)探測器，其操作功能卻與CTR無關(guān)緊要，因為它們是靠數(shù)字信號格式下運作的。作為探測器如其可以檢測到LED是否處于ON或OFF狀態(tài)，其輸出將反映相應(yīng)的功能。例如ACPL-332J的情況 - 它的功能是利用PWM輸入信號來造成輸出端輸出同一PWM信號，進(jìn)而數(shù)字化驅(qū)動IGBT或PowerMosfet。它雖也具有特定緩沖驅(qū)動能力，但與CTR完全無關(guān)。 ACPL-332J是能夠驅(qū)動高達(dá)2.5A電流的柵極驅(qū)動光耦合器。安華高科技（Avago Technologies）也有能驅(qū)動高達(dá)5A電流的柵極驅(qū)動光耦合器。

　　3、請問：安華的光電耦合器都是采用DIP-8封裝嗎？業(yè)界經(jīng)常提到DIP-8封裝，請問這種封裝方式有何優(yōu)點？謝謝！

　　Avago光耦合器有許多不同類型的封裝，它們包括 500-MIL DIP10，400-MIL DIP8，300-MIL DIP8，SO16，SO8，SS08，SO6，SS06，SO5，和SO4等等。 每個封裝都有其自身的特點 - 如不同的爬電距離和間隙，以配合不同的應(yīng)用。

　　4、請問：為什么要通過光耦合的方式來驅(qū)動功率管的柵極？ 為何不能設(shè)計合適的驅(qū)動電路直接驅(qū)動?xùn)艠O？各種保護(hù)功能在普通的驅(qū)動電路里不能實現(xiàn)嗎？ 增加光耦合是否也增加了一個產(chǎn)生可靠性問題的環(huán)節(jié)？謝謝！

　　通過使用光耦柵極驅(qū)動器驅(qū)動功率器件，可以幫助消除4個基本問題，如1）瞬態(tài)電壓，2）共模噪聲，3）接地回路，和4）電平轉(zhuǎn)換。這4個基本問題不能輕易/圓滿通過簡單的非隔離式柵極驅(qū)動器得到解決。集成的柵極驅(qū)動器如安華高的ACPL-33xJ， 結(jié)合了各種保護(hù)功能于簡單的集成電路里。集成電路的好處是， 它能做到設(shè)備到設(shè)備（或元件到元件）間均非常均勻。這些保護(hù)功能，都可以通過分立器件來實現(xiàn)，但分立器件將無法很均勻地，從系統(tǒng)到系統(tǒng)間工作，另外分立器件將造成更復(fù)雜的設(shè)計，不能達(dá)到簡化的作用。所有Avago的光耦合器都經(jīng)過精心設(shè)計，以確保其可靠性不受到損傷。

　　5、請問：有哪些低功耗的IC適合構(gòu)建高效的適合光伏、風(fēng)能應(yīng)用的控制、逆變系統(tǒng)？謝謝！

　　所有安華高的隔離柵極驅(qū)動器都能在極低ICC2電流中運作，這可有效減少功率消耗和在高側(cè)驅(qū)動允許使用自舉電源。另外，安華高最新的柵極驅(qū)動器，如ACPL-P/W34x 能夠在最高200ns這么低的傳播延遲時間里工作 這允許更精確的PWM控制，同時提高效率。所有這些優(yōu)勢都使安華高的隔離柵極驅(qū)動器能夠適用于， 如光伏逆變器和其他可再生能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中應(yīng)用。

　　6、請問：為什么新設(shè)計的DESAT只有7V，IGBT極易誤觸發(fā)， desat故障后，故障未復(fù)位前VCC2-VE維持1個10mA左右的故障反饋光耦驅(qū)動電流，在采用穩(wěn)壓管正負(fù)電源分壓方案中，易導(dǎo)致負(fù)電壓偏高。影響分壓比例。謝謝！

　　在正確的選擇下IGBT /功率MOSFET的飽和電壓通常約為1.5V？3V。所以7V的閾值通常是足夠的，因為它在退飽和作用下提供了超過4V的邊距電壓。 當(dāng)然在市場上也有一些IGBT /功率MOSFET飽和電壓略高或在一些大的散熱器下允許飽和度較高的檢測閾值的功率器件。但設(shè)計者可以通過簡單的插入比較器來提高 DESAT閾值。 是的，LED的10mA驅(qū)動電流在故障條件下是真正必要的。 使用高LED故障電流的原因是，它允許在故障條件下能有更好的噪聲抑制。

　　7、請問：退飽和檢測是什么意思，檢測的是哪一個點的電壓？謝謝！

　　DESAT是IGBT過流或短路故障發(fā)生時，可以檢測到的情況。在過流或短路故障發(fā)生時，IGBT的集電極電壓（或PowerMosfet的漏電極電壓）會迅速爬升，這種電壓爬升情況可以通過安華高集成柵極驅(qū)動器的DESAT引腳檢測到。

　　8、請問：加入耦合隔離器后會不會出現(xiàn)信號的延遲？通過什么辦法解決？謝謝！

　　通過使用光耦柵極驅(qū)動器驅(qū)動功率器件，可以幫助消除4個基本問題，如1）瞬態(tài)電壓，2）共模噪聲，3）接地回路，和4）電平轉(zhuǎn)換。這4個基本問題不能輕易/圓滿通過簡單的非隔離式柵極驅(qū)動器得到解決。但加入光耦確實會引入信號傳播延遲時間，并導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)研討會中提到的死區(qū)時間。 不過在市場中安華高柵極驅(qū)動光耦合器的死區(qū)時間是最低的，這有助于減少在怠速狀態(tài)下容易失去的效率。

　　9、請問：以前我們在電機(jī)軟起動器上用光耦加SCR的方案，如果改為Avago隔離IGBT的方案，需要考慮哪些環(huán)節(jié)？謝謝！

　　在電機(jī)起動系統(tǒng)里比較IGBT控制對可控硅SCR控制的優(yōu)勢，前者較易關(guān)閉及允許更快的開關(guān)操作，但需要考量的是，設(shè)計師必須確保IGBT的體二極管能夠完全處理在關(guān)閉時產(chǎn)生的再生電流。了解更多Avago IGBT門驅(qū)動產(chǎn)品，請點擊鏈接。

　　10、請問：DESAT功能在我曾經(jīng)用過的IGBT中沒有，是安華高的獨有技術(shù)嗎？謝謝！

　　DESAT是IGBT過流或短路故障發(fā)生時，可以檢測到的情況。在過流或短路故障發(fā)生時，IGBT的集電極電壓（或PowerMosfet的漏電極電壓）會迅速爬升，這種電壓爬升情況可以通過安華高集成柵極驅(qū)動器的DESAT引腳檢測到。傳統(tǒng)的電路必須采用分立元件來提供DESAT檢測，而安華高已把這樣的檢測電路集成到IC中。