使用新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器替換老化的光耦合器柵極驅(qū)動(dòng)器

電動(dòng)機(jī)用于電梯、食品加工設(shè)備、工廠自動(dòng)化、機(jī)器人、起重機(jī)……不勝枚舉。交流感應(yīng)電機(jī)在此類(lèi)應(yīng)用中很常見(jiàn)，并且總是使用功率級(jí)中用于驅(qū)動(dòng)它們的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。典型的總線電壓為 200 V DC至 1,000 V DC。IGBT 進(jìn)行電子換向以實(shí)現(xiàn)交流感應(yīng)電機(jī)所需的正弦電流。

在設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，保護(hù)操作重型機(jī)械的人員免受電擊是最重要的，其次是效率、尺寸和成本。盡管 IGBT 可以處理驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的高電壓和電流，但它們不提供安全隔離以防止電擊。在系統(tǒng)中提供安全隔離的重要任務(wù)委托給驅(qū)動(dòng) IGBT 的柵極驅(qū)動(dòng)器。

光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器已成功用于驅(qū)動(dòng) IGBT 并提供電流安全隔離。光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入級(jí)包含單個(gè)鋁砷化鎵 (AlGaAs) LED。輸出級(jí)由光電檢測(cè)器和放大器組成，然后是上拉和下拉晶體管以驅(qū)動(dòng)輸出。最終封裝中的一層厚透明硅膠將輸入和輸出級(jí)分開(kāi)，提供安全隔離。電流驅(qū)動(dòng)輸入級(jí)的簡(jiǎn)單性、良好的抗噪性和安全隔離是電機(jī)驅(qū)動(dòng)制造商在其幾乎所有設(shè)計(jì)中采用光隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的主要原因。

然而，現(xiàn)代系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)的需求已經(jīng)超出了光隔離技術(shù)的限制。例如，共模瞬變抗擾度 (CMTI) 在總線電壓和電流都很大的高功率系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。IGBT 需要更快地開(kāi)關(guān)以減少開(kāi)關(guān)損耗并降低功耗。碳化硅 (SiC) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 在此類(lèi)應(yīng)用中越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗鼈兊拈_(kāi)關(guān)速度比 IGBT 快。無(wú)論您使用 IGBT 還是 SiC FET 作為功率 FET，開(kāi)關(guān)速度越快意味著更高的瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 和更大的共模瞬態(tài)，這會(huì)耦合回柵極驅(qū)動(dòng)器輸入，破壞功率 FET 的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào).

光電隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器的 CMTI 額定值僅為 35 V/ns 至 50 V/ns，這限制了功率 FET 的開(kāi)關(guān)速度。這會(huì)導(dǎo)致功率 FET 中耗散更多功率、效率更低、尺寸更大、系統(tǒng)成本更高。光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器（采用帶寬引線的六引腳小外形封裝）的額定工作電壓為 1,414 V PK。但是光電制造商沒(méi)有提供任何關(guān)于壽命的指導(dǎo)。此外，最高允許工作溫度僅為 105°C (Tj = 125°C) 和 LED 老化效應(yīng)進(jìn)一步限制了可使用光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用，從而使驅(qū)動(dòng)器制造商尋找替代解決方案。

UCC23513 是一款 3A、5kV RMS光電兼容單通道隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器，采用六引腳封裝，采用電容隔離技術(shù)。TI 專(zhuān)有的仿真二極管 (e-diode) 技術(shù)形成了電流驅(qū)動(dòng)輸入級(jí)，與 LED 不同，它不會(huì)老化。高壓安全隔離可以通過(guò)使用帶有高純度二氧化硅 (SiO 2 ) 電介質(zhì)的電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該電介質(zhì)是半導(dǎo)體工藝的一部分，與制造金屬氧化物半導(dǎo)體 FET 的工藝相同。

由于半導(dǎo)體工藝具有非常嚴(yán)格的公差，SiO 2電介質(zhì)的純度和厚度得到極好的控制。在 1,060 V RMS (1,500 V PK )的工作電壓下，器件壽命可保證超過(guò) 50 年，并且 具有光隔離無(wú)法實(shí)現(xiàn)的極低器件間差異。

UCC23513 的 CMTI 額定值 >150 V/ns，可以承受非常高的 dv/dt，非常適合需要非常快速地切換 IGBT 以降低功率損耗和實(shí)現(xiàn)高系統(tǒng)效率的應(yīng)用。UCC23513 的最高工作溫度為 125°C (Tj = 150°C)，可用于環(huán)境溫度較高的系統(tǒng)。其他優(yōu)勢(shì)包括更低的傳播延遲、更低的脈寬失真和更低的設(shè)備到設(shè)備偏差，使驅(qū)動(dòng)器制造商能夠在提高系統(tǒng)效率的同時(shí)提高脈寬調(diào)制頻率和降低失真。

UCC23513 具有更長(zhǎng)的使用壽命、更高的 CMTI 和更寬的溫度范圍，是傳統(tǒng)光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的直接升級(jí)。