掌握光電耦合器在變頻器里的作用

變頻器的HCPL-316J特性

HCPL-316J是由Agilent公司生產(chǎn)的一種IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦合器，其內(nèi)部集成集電極發(fā)射極電壓欠飽和檢測(cè)電路及故障狀態(tài)反饋電路，為驅(qū)動(dòng)電路的可靠工作提供了保障。其特性為：兼容CMOS/TYL電平;光隔離，故障狀態(tài)反饋;開(kāi)關(guān)時(shí)間最大500ns;“軟”IGBT關(guān)斷;欠飽和檢測(cè)及欠壓鎖定保護(hù);過(guò)流保護(hù)功能;寬工作電壓范圍(15～30V);用戶(hù)可配置自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)關(guān)閉。 DSP與該耦合器結(jié)合實(shí)現(xiàn)IGBT的驅(qū)動(dòng)，使得IGBT VCE欠飽和檢測(cè)結(jié)構(gòu)緊湊，低成本且易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)滿足了寬范圍的安全與調(diào)節(jié)需要。

HCPL-316J保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

HCPL-316J內(nèi)置豐富的IGBT檢測(cè)及保護(hù)功能，使驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)起來(lái)更加方便，安全可靠。其中下面詳述欠壓鎖定保護(hù)(UVLO) 和過(guò)流保護(hù)兩種保護(hù)功能的工作原理：

(1)IGBT欠壓鎖定保護(hù)(UVLO)功能

在剛剛上電的過(guò)程中，芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時(shí)芯片有輸出會(huì)造成IGBT門(mén)極電壓過(guò)低，那么它會(huì)工作在線性放大區(qū)。HCPL316J芯片的欠壓鎖定保護(hù)的功能(UVLO)可以解決此問(wèn)題。當(dāng)VCC與VE之間的電壓值小于12V時(shí)，輸出低電平，以防止IGBT工作在線性工作區(qū)造成發(fā)熱過(guò)多進(jìn)而燒毀。示意圖詳見(jiàn)圖1中含UVLO部分。

圖1 HCPL-316J內(nèi)部原理圖

(2)IGBT過(guò)流保護(hù)功能

HCPL-316J具有對(duì)IGBT的過(guò)流保護(hù)功能，它通過(guò)檢測(cè)IGBT的導(dǎo)通壓降來(lái)實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。同樣從圖上可以看出，在其內(nèi)部有固定的7V電平，在檢測(cè)電路工作時(shí)，它將檢測(cè)到的IGBT C～E極兩端的壓降與內(nèi)置的7V電平比較，當(dāng)超過(guò)7V時(shí)，HCPL-316J芯片輸出低電平關(guān)斷IGBT，同時(shí)，一個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)信號(hào)通過(guò)片內(nèi)光耦反饋給輸入側(cè)，以便于采取相應(yīng)的解決措施。在IGBT關(guān)斷時(shí)，其C～E極兩端的電壓必定是超過(guò)7V的，但此時(shí)，過(guò)流檢測(cè)電路失效，HCPL-316J芯片不會(huì)報(bào)故障信號(hào)。實(shí)際上，由于二極管的管壓降，在IGBT的C～E 極間電壓不到7V時(shí)芯片就采取保護(hù)動(dòng)作。

整個(gè)電路板的作用相當(dāng)于一個(gè)光耦隔離放大電路。它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812)產(chǎn)生XPWM1及XCLEAR*信號(hào)輸出給HCPL-316J，同時(shí)HCPL-316J產(chǎn)生的IGBT故障信號(hào)FAULT*給控制器。同時(shí)在芯片的輸出端接了由NPN和PNP組成的推挽式輸出電路,目的是為了提高輸出電流能力，匹配IGBT驅(qū)動(dòng)要求。

當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為高電平時(shí)，推挽電路上管(T1)導(dǎo)通，下管(T2)截止， 三端穩(wěn)壓塊LM7915輸出端加在IGBT門(mén)極(VG1)上，IGBT VCE為15V，IGBT導(dǎo)通。當(dāng)HCPL-316J輸出端VOUT輸出為低電平時(shí)，上管(T1)截止，下管(T1)導(dǎo)通，VCE為-9V，IGBT關(guān)斷。以上就是IGBT的開(kāi)通關(guān)斷過(guò)程。