MOSFET_IGBT驱动器隔离光耦原理与应用

什么是隔离？
电化隔离
电荷无法由一个电路移动到另一个电路
双方信号通过其他方式交换信息

IGBT驱动器驱动IGBT或者IGBT模块为什么需要隔离？
电路问题一：电压瞬变
两电路间快速、突发且通常高强度的电压浪涌

为什么需要隔离？
电路问题二：共模瞬变电压
电机控制运作如何产生共模问题？
门极驱动输入控制电路和输出控制电路共用电平差异
续流二极管的反向恢复特性

为什么需要隔离？
电路问题三：接地回路
连接两個不同接地电平导体接地间有限阻抗值所引起的意外电流

为什么需要隔离？
电路问题四：不同电压电平
有害高电压的安全隔离
电平转换：不同电压水平间的电路不兼容性

为什么需要隔离？
符合安全和法规标准
绝缘准则要求，包括爬电距离、电气间隙和绝缘距离
测试电压(脉冲、交流或直流)要求

光电耦合器是发光器件与光接收器件的组合器件，是以光为媒介传输电信号的一种电->光->电转换器件。文章来源：http://www.igbt8.com/qd/177.html
光耦原理图

塑料光耦封装类别

光耦主要参数和选型

· Insulation - 绝缘耐压 Viorm (VDE)IEC, Viso UL
· Signal Isolation – 共模抑制比 CMR = V/μs @VCM
· Gain – 电流传输比 CTR = (IO / IF) ′ 100%
· Speed – 传输延时 tpLH，tpHL , 脉宽失真 PWD =tpLH ? tpHL
· LED Drive Current - LED 驱动电流 IF
绝缘耐压
· 绝缘耐压用指光耦保护相关电路及自身免受高压导致的物理损坏的能力.
· 光耦的损坏可能由于系统内的高压(比如电机轨电压)或者外来高压(比如雷电)
· 光耦的耐压能力主要由输入输出IC间的绝缘材料和封装的方法决定
由于电气绝缘是安全的关键，在不同地区和不同行业中，都有相关的管理机构来规范光耦的性能.

持久绝缘耐压

共模抑制比CMR
CMTR 指在每微秒光耦能容许的最大共模电压上升或下降率. 这个参数在工业应
用中至关重要, 比如电机启动和制动的过程中都会带来极大的共模噪声.

输出-传输延时,脉宽失真比和延时偏差

传输延时和温度,负载都有一定关系,设计中需要考虑最恶劣情况

增益 – 电流转换比CTR

电流转换比有一定范围,和LED电流, 环境温度都有关系, 并且会随使用时间衰减

LED 驱动电流 IF
采用高效率的LED和高增益的接收放大电路可以降低驱动电流If的需求.
较小的If 可以降低系统功耗,并且降低LED的衰减,提高系统长期可靠性.

塑料光耦产品分类

Avago数字光耦特点
· 最高速度达到50MBd.
· 业界领先CMR (15kV/μs, VCM=1500V)
·低功耗
· 领先提供3.3V 数字光耦.
· 同时提供单通道和双通道产品.
· 业界唯一提供多种封装的光耦(DIP, SO8 ,宽体)
· 全球性的安规认证: UL1577, CSA ,IEC/EN/DIN EN 60747-5-2

Ultra Low Power 10MBd Digital Optocoupler,
ACPL-061L/064L/M61L/W61L/K63L
Features
· +3.3V and 5 V CMOS compatibility
· Low Power, Idd2
 1.3mA max
· Low forward current, If
1.6mA min
· High speed: 10 MBd min.
· 30 ns max. pulse width distortion (PWD)
· 30 ns max. propagation delay skew (tpsk)
· 80 ns max. propagation delay (tp)
· 20 kV/=s minimum common mode rejection
· –40 to 105°C temperature range
· With slew-rate controlled output function
· Safety and regulatory approvals (pending)
· UL, IEC and CSA recognized

Low Power 1MBd Digital Optocoupler,
ACPL-M50L
Features
· Wide Supply voltages:
2.7V-3.6V, 4.5V-24V (30V max)
· Low Power, Idd2  100μA max
· Low forward current, If =3mA.
· Speed: 1 MBd .
· CTR 80%
· 1μs max. propagation delay (tp)
· 15 kV/=s minimum common mode rejection at
Vcm=1kV
· –40 to 105°C temperature range
· Packages: SO5.
· Safety and regulatory approvals (pending)
· UL recognized
- 3750 V rms for 1 min
· IEC/EN/DIN EN 60747-5-5 Option 060
· CSA

Special Part
·Promote A-Part first, encounter competitor with low-price and volume
>100ku per opportunity, then consider Q-Part

Digital Optocouplers – ACSL-6XX0 10MBd

专用光耦－电流传感器

ACPL-C79A/C79B/C790 Precision Isolation Amplifiers

ACPL-C790 和AMC1200响应速度对比
AMC1200 的响应延时最大会达到9.9微秒，不能满足保护过流保护和短路保护的要求，如果增加额
外的件保护电路，将给系统带来成本的增加。
ACPL-C790最大延时为3.3微秒，可以满足系统对于精确控制的要求，和通过测量电流进行过流和短
路保护。

各种IGBT 短路耐受能力的比较示例-（适合C790测量电流的低功率IGBT)
第三，四代IGBT模块，在短路电流耐受能力和时间上都要比传统IGBT差一些，虽然有些IGBT的耐受时间也标定为10us,但是是通过降低测试条件来达到的。因而需要IGBT驱动器采取更有效，快速的保护措施来保证IGBT安全。文章来源：http://www.igbt8.com/qd/177.html

专用光耦－门极驱动
ACPL-W34X
ACPL-331J/332J
ACPL-330J333J
ACNW3190
ACNW3130
ACPL-P3XX/W3XX
HCPL-3180
HCPL-316J
HCPL-31XX
HCPL-J3XX
HCNW31XX
HCPL-03XX
· 多种封装DIP, SO 和宽体.
· 业界最快的门极驱动器(最快250kHz)
· 高输出电流, 低传输延时和PWD, 高CMR
UVLO功能。
· 带光电隔离的高性能短路保护
·全球性安规认证: UL1577, CSA , IEC/EN/DIN EN 60747-5-2

1A to 4 A Output Current IGBT Gate Drive Optocoupler with Rail-to-Rail Output Voltage in Stretched SO-6 Package
Features
 Wide max. Peak Output Current from 1A to 4A
Rail-to-Rail Output Voltage
200ns max. Short Propagation Delay
100ns max. Propagation Delay Difference (PDD)
Low LED Input Drive with Hysteresis
UVLO with Hysteresis
High CMR (min. 35kV/Hs@VCM=1.5kV)
 ICC < 3 mA max. Supply Current
Very Small Stretched SO6 Package
Industrial Temperature Range: -40°C to 105°C
Safety Approval UL, CSA and IEC/EN/DIN EN 60747-5-2

专用光耦－IPM和门极驱动接口

专用光耦－模拟, 线性及AC/DC接口
HCNR200/201
HCPL-4562/HCNW4562
HCPL-4100
HCPL-4200
HCPL-2602/2612
HCPL-0370/3700/60
· 接口简单
· 直接控制20 mA环路电流.
·带反馈型号的低成本，高线性的模拟光耦
·低阈值电流降低功耗
· 滞后电路减少外部器件数量

电机控制
电机控制系统

交流伺服电机的变频驱动

交流感应电机变频驱动(IPM* based)

在线式UPS

离线式UPS

太阳能发电系统框图

太阳能发电系统框图IGBT驱动和电压传感

太阳能/风力发电系统框图使用IPM的逆变器和高线性度模拟量测量