光耦HCPL-316J的應(yīng)用
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圖3中，電阻R1需要根據(jù)實(shí)際的電流保護(hù)值大小進(jìn)行調(diào)整，估算公式如下：
R1=(7-VD1-Vce)／0．25(kΩ)
式中，VD1-二極管D1上產(chǎn)生壓降(V)
Vce-IGBT的導(dǎo)通管壓降(V)
例如，對(duì)FS100R12KT3管，在管芯結(jié)溫為125℃、流過(guò)電流為100A時(shí)，其Vce≈2．4V，假定此時(shí)VD1≈0．7V，則
R1=(7-VD1-Vce)／0．25=(7-2．4-0．7)／0．25=15．6(kΩ)
2．3 另一種帶故障保護(hù)的伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路(方案2)
在圖3的基礎(chǔ)上，僅2個(gè)上管的驅(qū)動(dòng)保護(hù)采用光耦HCPL-316J，2個(gè)下管的驅(qū)動(dòng)直接采用普通的光耦如TLP250、A3120等，電路更為簡(jiǎn)潔，同樣也可達(dá)到4路均采用光耦A316J的過(guò)流保護(hù)效果(實(shí)測(cè)的電流保護(hù)波形同圖4)。
3 兩種方案的電流保護(hù)波形一致性分析
從兩種方案所得的實(shí)際電流保護(hù)波形是一樣的實(shí)際結(jié)果來(lái)看．說(shuō)明方案1與方案2本質(zhì)上并沒(méi)有區(qū)別。究其原因，主要是本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主回路驅(qū)動(dòng)方式均采用單極性的特性決定的，在圖3中，假設(shè)在正方向的速度設(shè)定下，完整的一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期如下：
(1)T1、T3導(dǎo)通，電流從電源+→T1→A→M→B→T3→電源-，正向流過(guò)電機(jī)M，電流增大，直到電流限幅值或電流保護(hù)值；
(2)T1斷、T3保持導(dǎo)通，電流從A→M→B→T3→VD3，電流方向仍為+，處于續(xù)流階段；在此階段，電流處于下降趨勢(shì)，幅值必定比a階段小，所以在此階段，即使下管驅(qū)動(dòng)采用光耦A(yù)316J，也必不會(huì)達(dá)到光耦A(yù)316J的電流保護(hù)點(diǎn)，因此，下管采用光耦A(yù)316J與采用普通驅(qū)動(dòng)光耦的結(jié)果是一樣的；
(3)T1、T3導(dǎo)通，電流從電源+→T1→A→M→B→T3→電源-，正向流過(guò)電機(jī)M，電流增大，直到電流限幅值或電流保護(hù)值；
(4)T3斷、T1保持導(dǎo)通，電流從A→M→B→VD2→T1，電流方向仍為+，處于續(xù)流階段；同樣，在此階段，電流處于下降趨勢(shì)，幅值必定比c階段小，也必不會(huì)達(dá)到光耦A(yù)316J的電流保護(hù)點(diǎn)。
所以，下管是采用光耦A(yù)316J或采用普通驅(qū)動(dòng)光耦，得到的電流保護(hù)結(jié)果是一樣的，從電路簡(jiǎn)介性看，可采用普通光耦，且價(jià)格相對(duì)低點(diǎn)；從減少所需器件種類(lèi)來(lái)看，可采用A316J，價(jià)格相對(duì)高點(diǎn)。
4 注意事項(xiàng)
在兩種方案電路中，均要關(guān)注：
(1)負(fù)載問(wèn)題：在圖3中，如果負(fù)載為電感性負(fù)載，則由于續(xù)流是通過(guò)二極管回路進(jìn)行，即電流下降梯度非常慢，假使在下一周期只要一打開(kāi)IGBT，光耦馬上檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)，在不大于3μs內(nèi)實(shí)施對(duì)IGBT實(shí)施軟關(guān)斷，即在一個(gè)PWM周期內(nèi)，IGBT最小導(dǎo)通時(shí)間為此延時(shí)時(shí)間。假定在此段時(shí)間內(nèi)電流的增加多于下降，則會(huì)隨著導(dǎo)通時(shí)間的加長(zhǎng)，電流越來(lái)越大，超越IGBT的承受能力，造成IGBT損壞，這一點(diǎn)在應(yīng)用中必須注意；
(2)時(shí)序問(wèn)題：在上電時(shí)，如果光耦供電電源未穩(wěn)定之前，VIN+、VIN-之間即滿足VOUT輸出為高的條件，則可能會(huì)造成驅(qū)動(dòng)輸出電平不夠高、IGBT處于放大區(qū)的工作狀態(tài)，容易造成IGBT的損壞，所以上電時(shí)，一定要保證在供電電源充分穩(wěn)定后，再允許IGBT工作；同樣，掉電時(shí)，也要充分保證光耦供電電源在未跌落之前關(guān)斷驅(qū)動(dòng)VOUT的輸出，否則，驅(qū)動(dòng)VOUT輸出很容易出現(xiàn)高頻抖動(dòng)(如圖5所示：即是由于電源已由17V跌落到14V時(shí)，還未關(guān)斷送出到VIN+、VIN-的輸出，結(jié)果在運(yùn)行過(guò)程中突然掉電即發(fā)生IGBT損壞)，更是對(duì)IGBT的安全工作造成威脅；本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/178317.htm
(3)IGBT的Vce分散性問(wèn)題：由于IGBT的導(dǎo)通管壓降的分散性，會(huì)導(dǎo)致采用相同的電流檢測(cè)電阻，會(huì)得到不同的電流保護(hù)值，所以，實(shí)際應(yīng)用中電流采樣電阻是與估算值偏差較大，應(yīng)綜合所有工況、以達(dá)到所需的電流值來(lái)確定電流采樣電阻值；
(4)光耦A(yù)316J的電流采樣基準(zhǔn)分散性問(wèn)題：同上，由于光耦A(yù)316J的電流采樣基準(zhǔn)分散性，亦會(huì)導(dǎo)致采用相同的電流檢測(cè)電阻，會(huì)得到不同的電流保護(hù)值。
5 兩種方案優(yōu)劣分析
方案2由于只有下管采取光耦A(yù)316J，比方案1電路更為簡(jiǎn)潔，也使電流保護(hù)調(diào)節(jié)變得更為簡(jiǎn)單，所以實(shí)際應(yīng)用中推薦使用方案2。
采用光耦A(yù)316J作電流保護(hù)用，雖然電路變得簡(jiǎn)單、可靠，但與傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)電路一樣，仍然無(wú)法解決電流保護(hù)點(diǎn)比較確定的問(wèn)題：傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)電路，大都采用RC濾波的方式作電流檢測(cè)輸入，有可能在濾波電容C上的電荷在此PWM周期未放掉完，下一周期PWM又開(kāi)通，于是電流又上升，檢測(cè)到的電流信號(hào)又會(huì)繼續(xù)給濾波電容C充電，即相當(dāng)于保護(hù)延時(shí)變短，則保護(hù)點(diǎn)就會(huì)降低。
6 結(jié)束語(yǔ)
從上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，雖然使用光耦A(yù)316J在電路結(jié)構(gòu)方面比傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)電路更為簡(jiǎn)潔、可靠，也使電流保護(hù)調(diào)節(jié)變得更為簡(jiǎn)單，所以現(xiàn)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但也存在著如前面所述和傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)電路一樣的缺點(diǎn)，并且在實(shí)際應(yīng)用中一定要注意上下電的時(shí)序配合問(wèn)題，否則，在此過(guò)程IGBT很容易損壞。
實(shí)驗(yàn)證明，只要解決好上述的問(wèn)題，該光耦的優(yōu)越性還是很明顯的，該光偶目前在我公司的交直流伺服產(chǎn)品上都已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用。
評(píng)論