基于HCPL-316J的IGBT驱动光耦应用

一、关于IGBT

在说IGBT驱动光耦之前，我们先简单聊聊IGBT。绝缘栅型双极性晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor-IGBT）是一种电压控制型功率器件，需要的驱动功率小，控制电路简单，导通压降低，且具有较大的安全工作区和短路承受能力。在中功率以上的逆变器中逐渐取代了POWER MOSFET和POWER BJT成为功率开关器件的重要一员，IGBT等功率器件占到逆变器整体成本60%以上。故如何有效地驱动和保护IGBT，使其安全高效地工作，是一大关键问题。而光耦中的IGBT驱动光耦正是作用于IGBT驱动电路中，对IGBT驱动器件起到过流保护器件的关键作用。

IGBT基本电路原理图

二、IGBT电路的重要考虑参数

（1）门极驱动电压

IGBT是电压控制型器件，开通和关断由栅极和发射极间的电压UGE决定，当在栅极和发射极加一大于开启电压UGE(th)的正电压时，IGBT导通，当栅极施加一负偏压或者栅压低于门限电压时，IGBT就关断。典型的IGBT驱动原理图如图1所示，+UGE为正向开通电压，-UGE为关断电压。当UGE较小时,IGBT通态压降会变大，IGBT就容易发热，随着UGE增大，通态压降就降低，IGBT的通态损耗就降低，当UGE很大时，容易造成栅极的击穿，并且还容易产生擎住效应，无法关断IGBT，损坏器件。根据器件手册，-UGE一般取值应在-5V以下，典型取值为-5V,-8V和-10V。

（2）IGBT门极驱动电阻

IGBT是通过门极电容的充放电来控制开通和关断，门极电容的充放电通过门极驱动电阻来控制。门极驱动电阻的大小影响IGBT的开关时间、开关损耗、反向偏压安全工作区、短路安全工作区等，还与电路的EMI，du/dt，di/dt等有着密切的关系，门极驱动电阻的选择是驱动电路设计的重要部分。

（3）驱动电路的输出功率

当IGBT工作在高频开关状态下时，电路通过驱动电阻对IGBT的门极电容进行充放电。根据门极特性，IGBT开通的过程是从0V充电到UGE，充电过程中输入电容充电过程等效，关断过程则是放电过程。在设计驱动电路时，由于驱动电流流过门极驱动电阻，故驱动的消耗可以按照门极电阻消耗来计算，根据相应计算公式得出开通电路所需要的功率。

三、保护电路的设计

当IGBT发生短路时，额定电流会在短时间达到额定电流的5-6倍，此时必须关断IGBT，否则会造成IGBT不可修复的损坏。为了保护功率器件，设计保护电路显得尤为必要。当发生过流时，UGE会迅速增加，通过监控UGE可以判断是否发生过流，发生过流时，关断IGBT。

IGBT驱动光耦就是基于IGBT驱动电路的设计需求应运而生的光耦器件产品，IGBT驱动光耦已不是只具备单一的电气隔离功能的光耦器件，可以算是集成电路。就拿一直比较热门，输出电流较高的HCPL-316J为例，HCPL-316J是2.0A的门极驱动光电耦合器，具有集电极-发射极电压欠饱和检测和故障状态反馈，即带有过流检测电路，可通过DESAT管脚来监控UGE，在故障发生时，可实现IGBT软关断，防止短路故障进一步扩大，可驱动150A/1200V的IGBT。如此可见，具备IGBT驱动功能的光耦在IGBT驱动设计电路中既起到电气隔离作用，同步起到过流检测保护电路的作用。

四、IGBT驱动光耦型号

以下表格展示的是部分常用的IGBT驱动光耦型号，这些型号都是应用比较广泛且热门的型号，详细参数及应用可参考产品说明书，再应用到设计方案中。（以下IGBT驱动光耦型号都可在光耦网(www.guangoumall.com)上搜索获取现货详情！）

五、IGBT驱动光耦优点

（1）该类型光耦能够为IGBT提供+15v和-5V驱动电压确保IGBT的开通和关断。

（2）具有过流保护功能，当过流时，保护电路起作用，及时的关断IGBT，防止IGBT损坏。

（3）使电路可根据负载的需要动态调节最大电流，可以有很广的使用范围。

（4）结合IGBT驱动光耦的驱动电路，可降低整个系统的成本。