光耦HCPL-316J的应用

光耦HCPL-316J的应用

       众所周知，传统的IGBT的过流保护与驱动回路是由两个完全独立的电路组成：由过流保护电路判断实际电机电流是否到达电流保护值，如到达，则驱动电路实施对IGBT的关断。过流保护与驱动回路分开不仅造成电路复杂、调试困难，而且增加制造成本，降低产品可靠性。基于克服此缺点，Agilent公司适时的推出光耦HCPL-316J，把IGBT的过流保护与驱动回路合成在一起，大大简化了电路设计，为进一步提高产品可靠性提供了可能。

其主要特点有：

       ◇可以驱动级别达Ic=150A／Vce=1200V的IGBT，满足大多数中小功率的驱动需求；
       ◇反馈的故障信号为光隔离的，传输延迟典型值为1．8μs；
       ◇开关速度延迟最大为500ns；
       ◇内部自带Vce、具施密特特性的欠电压保护，并且在保护时对IGBT实施软关断。

       1 光耦HCPL-316J的工作原理简介

       HCPL-316J的内部结构如图1所示，引脚如图2所示。

       若VIN+、VIN-正常输入，脚14没有过流信号，且VCC2-VK≥12V即输出驱动，驱动信号输出高电平、故障信号输出高电平、欠压信号UVLO输出低电平。首先这3路信号共同输入到JP3，D点低电平，B点也为低电平，50xDMOS处于关断状态。此时JP1的输入的4个状态从上至下依次为低、高、低、低，A点高电平，驱动三级达林顿管导通，IGBT也随之开通。

       若IGBT出现欠压，则不管输入状态如何，驱动输出VOUT均会被50xDMOS管拉低(接近VEE)；若IGBT出现过流信号(脚14检测到IGBT集电极上电压≥7V)，而不管输入驱动信号是否继续加在脚1，50xDMOS被关断，1×DMOS导通，IGBT栅射集之间的电压慢慢放掉，实现慢降栅压。当VOU T=2V时，即VOUT输出低电平，50xDMOS导通，IGBT栅射集迅速放电。故障线上信号通过光耦，再经过RS触发器，Q输出高电平，使输入光耦被封锁。

       从图1可以看出，HCPL-316J可分为输入IC(左边)和输出IC(右边)二部分，输入和输出之间完全能满足高压大功率IGBT驱动的要求。表1所列是HCPL-316J引脚功能描述。

2 光耦HCPL-316J在伺服系统上的应用

       2．1 带故障保护的典型直流伺服系统的驱动电路(方案1)

       图3中仅画出一个IGBT的驱动回路，其余3路类同，并且4路光耦的RESET、FAULT全部连接在一起。

       2．2 电路工作原理

       如图3，当IGBT管T1导通时，从芯片内部恒流源(250μA)流出的电流分别在电阻R1、二极管D1上产生压降VR1、VD1，加上T1的导通管压降Vce，当VR1+VD1+Vce>7V时，则：

       (1)VOUT输出变为低、对T1实施软关断并锁定，防止流过IGBT的电流进一步上升；
       (2)同时，6脚的故障信号立刻变为低并送到上位机，上位机可以依据此故障信号作PWM开度限制或全关断处理；
       (3)上位机在接收到故障信号后的下一PWM周期，在送PWM开度的同时，送出一路RESET信号(低有效，低电平宽度≥100ns)，允许再次开通IGBT，如此周而复始的循环，实现电流保护的逐周限流。由图3组成的驱动系统测得的电流保护波形如图4所示。