HCPL-316J驅(qū)動電路

HCPL-316J內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
HCPL-316J的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，其外部引腳如圖2所示。

從圖1可以看出，HCPL-316J可分為輸入IC(左邊)和輸出IC(右邊)二部分，輸入和輸出之間完全能滿足高壓大功率IGBT驅(qū)動的要求。

各引腳功能如下：
腳1(VIN+)正向信號輸入；
腳2(VIN-)反向信號輸入；
腳3(VCG1)接輸入電源；
腳4(GND)輸入端的地；
腳5(RESERT)芯片復(fù)位輸入端；
腳6(FAULT) 故障輸出，當(dāng)發(fā)生故障(輸出正向電壓欠壓或IGBT短路)時，通過光耦輸出故障信號；
腳7(VLED1+)光耦測試引腳，懸掛；
腳8(VLED1-)接地；
腳9，腳10(VEE)給IGBT提供反向偏置電壓；
腳11(VOUT)輸出驅(qū)動信號以驅(qū)動IGBT；
腳12(VC)三級達(dá)林頓管集電極電源；
腳13(VCC2)驅(qū)動電壓源；
腳14(DESAT) IGBT短路電流檢測；
腳15(VLED2+)光耦測試引腳，懸掛；
腳16(VE)輸出基準(zhǔn)地。

其工作原理如圖1所示。若VIN+正常輸入，腳14沒有過流信號，且VCC2-VE=12v即輸出正向驅(qū)動電壓正常，驅(qū)動信號輸出高電平，故障信號和欠壓信號輸出低電平。首先3路信號共同輸入到JP3，D點低電平，B點也為低電平，50×DMOS處于關(guān)斷狀態(tài)。此時JP1的輸入的4個狀態(tài)從上至下依次為低、高、低、低，A點高電平，驅(qū)動三級達(dá)林頓管導(dǎo)通，IGBT也隨之開通。

若IGBT出現(xiàn)過流信號(腳14檢測到IGBT集電極上電壓=7V)，而輸入驅(qū)動信號繼續(xù)加在腳1，欠壓信號為低電平，B點輸出低電平，三級達(dá)林頓管被關(guān)斷，1×DMOS導(dǎo)通，IGBT柵射集之間的電壓慢慢放掉，實現(xiàn)慢降柵壓。當(dāng)VOUT=2V時，即VOUT輸出低電平，C點變?yōu)榈碗娖?，B點為高電平，50×DMOS導(dǎo)通，IGBT柵射集迅速放電。故障線上信號通過光耦，再經(jīng)過RS觸發(fā)器，Q輸出高電平，使輸入光耦被封鎖。同理可以分析只欠壓的情況和即欠壓又過流的情況。

3．2驅(qū)動電路設(shè)計
驅(qū)動電路及參數(shù)如圖3所示。

HCPL-316J左邊的VIN+，F(xiàn)AULT和RESET分別與微機相連。R7，R8，R9，D5，D6和C12 起輸入保護作用，防止過高的輸入電壓損壞IGBT，但是保護電路會產(chǎn)生約1μs延時，在開關(guān)頻率超過100kHz時不適合使用。Q3最主要起互鎖作用，當(dāng)兩路PWM信號(同一橋臂)都為高電平時，Q3導(dǎo)通，把輸入電平拉低，使輸出端也為低電平。圖3中的互鎖信號Interlock，和Interlock2分別與另外一個316J Interlock2和Interlock1相連。R1和C2起到了對故障信號的放大和濾波，當(dāng)有干擾信號后，能讓微機正確接受信息。

在輸出端，R5和C7關(guān)系到IGBT開通的快慢和開關(guān)損耗，增加C7可以明顯地減小dic／dt。首先計算柵極電阻：其中ION為開通時注入IGBT的柵極電流。為使IGBT迅速開通，設(shè)計，IONMAX值為20A。輸出低電平VOL=2v。可得

C3是一個非常重要的參數(shù)，最主要起充電延時作用。當(dāng)系統(tǒng)啟動，芯片開始工作時，由于IGBT的集電極C端電壓還遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7V，若沒有C3，則會錯誤地發(fā)出短路故障信號，使輸出直接關(guān)斷。當(dāng)芯片正常工作以后，假使集電極電壓瞬間升高，之后立刻恢復(fù)正常，若沒有C3，則也會發(fā)出錯誤的故障信號，使IGBT誤關(guān)斷。但是，C3的取值過大會使系統(tǒng)反應(yīng)變慢，而且在飽和情況下，也可能使IGBT在延時時間內(nèi)就被燒壞，起不到正確的保護作用， C3取值100pF，其延時時間

在集電極檢測電路用兩個二極管串連，能夠提高總體的反向耐壓，從而能夠提高驅(qū)動電壓等級，但二極管的反向恢復(fù)時間要很小，且每個反向耐壓等級要為1000V，一般選取BYV261E，反向恢復(fù)時間75 ns。R4和C5的作用是保留HCLP-316J出現(xiàn)過流信號后具有的軟關(guān)斷特性，其原理是C5通過內(nèi)部MOSFET的放電來實現(xiàn)軟關(guān)斷。圖3中輸出電壓VOUT經(jīng)過兩個快速三極管推挽輸出，使驅(qū)動電流最大能達(dá)到20A，能夠快速驅(qū)動1700v、200-300A的IGBT。