隔離驅動IGBT功率器件設計技巧八大問

　　PowerMOSFET和BipolarPowerTransistor等功率器件，都需要有充分的保護以避免欠壓、米勒效應、缺失飽和、過載、短路造成的損害。本文通過Avago參與的八大問答討論隔離驅動IGBT等功率器件的技巧。

　　1、如何避免米勒效應?

　　IGBT操作時所面臨的問題之一是米勒效應的寄生電容。這種效果是明顯的在0到15V類型的門極驅動器(單電源驅動器)。門集-電極之間的耦合，在于IGBT關斷期間,高dV/dt瞬態可誘導寄生IGBT道通(門集電壓尖峰)，這是潛在的危險。

　　當上半橋的IGBT打開操作，dVCE/dt電壓變化發生跨越下半橋的IGBT。電流會流過米勒的寄生電容，門極電阻和內部門極驅動電阻。這將倒至門極電阻電壓的產生。如果這個電壓超過IGBT門極閾值的電壓，可能會導致寄生IGBT道通。

　　有兩種傳統解決方案。首先是添加門極和發射極之間的電容。第二個解決方法是使用負門極驅動。第一個解決方案會造成效率損失。第二個解決方案所需的額外費用為負電源電壓。

　　解決方案是通過縮短門極-發射極的路徑,通過使用一個額外的晶體管在于門極-發射極之間。達到一定的閾值后，晶體管將短路門極-發射極地區。這種技術被稱為有源米勒鉗位,提供在我們的ACPL-3xxJ產品。你可以參考Avago應用筆記AN5314

　　2、故障保護功能有哪些?都是集成在隔離驅動器里嗎?

　　3種故障保護功能都集成到Avago的高集成柵極驅動器ACPL-33xJ里-UVLO(以避免VCC2電平不足夠時開啟IGBT)，DESAT(以保護IGBT過電流或短路)，和米勒鉗位(以防止寄生米勒電容造成的IGBT誤觸發)

　　3、在哪些應用場合需要考慮米勒效應的影響?

　　IGBT操作時所面臨的問題之一是米勒效應的寄生電容。這種效果是明顯的在0到15V類型的門極驅動器(單電源驅動器)。門集-電極之間的耦合，在于IGBT關斷期間,高dV/dt瞬態可誘導寄生IGBT道通(門集電壓尖峰)，這是潛在的危險。

　　當上半橋的IGBT打開操作，dVCE/dt電壓變化發生跨越下半橋的IGBT。電流會流過米勒的寄生電容，門極電阻和內部門極驅動電阻。這將倒至門極電阻電壓的產生。如果這個電壓超過IGBT門極閾值的電壓，可能會導致寄生IGBT道通。

　　有兩種傳統解決方案。首先是添加門極和發射極之間的電容。第二個解決方法是使用負門極驅動。第一個解決方案會造成效率損失。第二個解決方案所需的額外費用為負電源電壓。

　　解決方案是通過縮短門極-發射極的路徑,通過使用一個額外的晶體管在于門極-發射極之間。達到一定的閾值后，晶體管將短路門極-發射極地區。這種技術被稱為有源米勒鉗位,提供在我門的ACPL-3xxJ產品。

　　4、對于工作于600V直流母線的30～75A、1200VIGBT而言，ACPL-33x、ACPL-H342這5顆帶miller鉗位保護的柵極驅動光耦能否僅以單電源供電就能實現高可靠性驅動，相比于傳統的正負供電，可靠性是更高，還是有所不足?

　　AvagoACPL-332J,ACPL-333J以及ACPL-H342的門極驅動光耦可以輸出電流2.5A。這些產品適合驅動1200V，100A類型的IGBT。

　　1)當使用負電源，就不需要使用米勒箝位，但需花額外費用在負電源上。

　　2)如果只有單電源可使用，那么設計者可以使用內部內置的有源米勒箝位。

　　這兩種解決方法一樣可靠。米勒箝引腳在不使用時，需要連接到VEE

　　5、欠壓，缺失飽和如何更好的被避免?

　　AVAGO門極驅動光耦帶有欠壓閉鎖(UVLO)保護功能。當IGBT故障時，門極驅動光耦供電的電壓可能會低于閾值。有了這個閉鎖保護功能可以確保IGBT繼續在低電阻狀態。

　　智能門極驅動光耦,HCPL-316J和ACPL-33xJ，附帶DESAT檢測功能。當DESAT引腳上的電壓超過約7V的內部參考電壓，而IGBT仍然在運行中，后約5μs，Fault引腳改成邏輯低狀態，以通知MCU/DSP。

　　在同一時間，那1X小粒晶體管會導通，把IGBT的柵極電平通過RG電阻來放電。由于這種晶體管比實際關斷晶體管更小約50倍，IGBT柵極電壓將被逐步放電導致所謂的軟關機。

　　6、光伏逆變器是安裝在電廠，環境溫度相當惡劣，光耦的工作環境溫度范圍?

　　工作環境溫度范圍可達-40°C至105°C。在工業應用情況下是足夠的。如果客戶需要更高的工作溫度，R2Coupler光耦可以運作在擴展溫度達到125°C。

　　7、光耦絕緣耐壓多高?

　　門極驅動光耦有不同的封裝。每個封裝都有其自身的特點-如不同的爬電距離和間隙，以配合不同的應用。不同的爬電距離和間隙對應于不同的工作絕緣電壓,Viorm。最大Viorm從566V至2262V之間。

　　8、光耦柵極驅動器最高的輸出電流是多少?

　　根據選擇的器件型號，Avago的光耦門極驅動器最大輸出電流可以達到0.4A，0.6A，1.0A，1.5A，2.5A，3.0A，4.0A以及5.0A。