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IGBT驱动光耦应用技术探讨

作者:海飞乐技术 时间:2018-05-23 13:57

  为了实现输入电路与输出电路的绝缘,必须确保输入和输出电路之间的电气隔离,一种常用的电隔离方法就是采用光电耦合器。这里,一个发光装置与一个光敏性元件组合来传输信息。就IGBT驱动而言,这个信息对于随后的驱动核心就是开关命令,而且如果必要,状态和错误信号也可由驱动器传入微控制器中。因此,光电耦合器和驱动核心既能集成在一个芯片中,也可以在两个分离的芯片中。集成光电耦合器的IGBT驱动器如图1所示。

图1 集成光电耦合器的IGBT驱动器 
图1 集成光电耦合器的IGBT驱动器
 
  光电耦合器只能传递信息,不能为任何设备提供充足的能量。因此,需要一个隔离电源供给驱动核心和光电耦合器的二次侧(高压侧)电能。所以,在全桥逆变中,上部的每个IGBT都对应两个隔离光耦和隔离电源。下部的IGBT可以根据应用情况,选择是否需要使用光耦隔离。下部IGBT的供电隔离电源至少一个(所有下部的IGBT参考一个公共地),至多三个(每个IGBT都有相应的参考点作为GND)。光耦驱动器芯片ACPL330的传输延迟时间和不匹配如图2所示。
图2 光耦驱动器芯片ACPL-330的传输延迟时间和不匹配 
图2 光耦驱动器芯片ACPL-330的传输延迟时间和不匹配
 
  光电耦合器目前可用于额定电压UCES高达1.2kV的IGBT中。更高的电压理论上讲是可能的,但需要更大的集成电路封装,以达到所需的爬电距离和电气间隙距离。出于成本的原因,对于UCES大于1.2kV的IGBT采用光电耦合集成电路没有任何意义。对于更高的电压通常使用脉冲变压器??衫靡桓龆懒⒌墓夥⑸淦骱徒邮掌髯魑娲?,通过光纤电缆(FOC)连接,但是成本较高。这样的设计基本上可用于任何级别电压的应用。然而,在二次侧的电源问题仍然存在,并且必须分别考虑。
 
  对于光电耦合器,有一个相当重要的参数传输延迟时间,即信号从输入到输出的时间。对于常规光电耦合器而言,传播延迟时tPLH和tPHL在几百个纳秒内,但通常大于200ns。这种延迟本身不会构成真正的问题,因为微控制器的控制算法可以考虑到这一点。问题是延迟时间的公差(传输延迟时间不匹配),即最小和最大延迟的不一致性。传输延迟时间误差越大,上下桥臂上IGBT的死区时间tDT就越大。这反过来又导致逆变器输出电流的失真更大。另外,光电耦合器里信号延迟的误差因为使用(操作)会发生巨大的变化,最终可导致高达1µs的偏差。如果在逆变器的设计过程中不考虑光电耦合器这个特性,随着时间的推移,可能导致不可预测的问题。
 
  除了死区时间的问题外,如果延迟时间的误差变大,对于采用IGBT并联或串联连接的系统,光电耦合器也可能是一个问题。目前采用光耦IGBT驱动芯片见表1。
表1 目前采用光耦IGBT驱动芯片
目前采用光耦IGBT驱动芯片



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