3120驱动IGBT电路

1、文件编号： RD09-APP-010 CBB规范HCPL3120驱动IGBT电路 (VER:V1.0)拟制： 时间： 2009-7-17 批准： 时间： 2009-7-17 文件评优级别： A优秀 B良好 C一般 1 功能介绍该电路的功能为HCPL3120驱动小功率IGBT。2 详细原理图l 原边输入信号：PV+与PV- 光耦HCPL3120输入信号PV+和PV-，该信号为同一相上下桥的驱动信号，两个信号以差动方式输入光耦，该方式可以避免驱动信号在出错或干扰时出现上下桥同时导通直通。该信号为05V的电平信号。l 副边电源：+V对VGND电压为：15V-V对VGND电压为： -10V+L对GN电

2、压为：15V-L对 GN电压为： -10Vl 副边输出信号：信号GV+为IGBT的门极关断与驱动信号。该信号为10V+15V的电平信号。当原边光耦正向导通时，+V经过电阻R1对IGBT门极充电,+10V以后IGBT导通。为保证完全可靠导通，减去三极管饱和压降，GV=15-0.314.7V。当原边光耦反向截止时，V经过电阻R1对IGBT门极放电,-5V以后IGBT关断。为保证完全可靠关断，V=100.2=9.8V。 其中R1，R3是一个调节开通与关断速度的电阻，其值的大小影响IGBT的开关损耗，由于过硬与过软的关断都会影响IGBT的使用寿命，关断时间过长将造成上下桥臂因控制电路上设置的延迟时间不

3、够而短路，反之，开关时间过短，则电流变化率很大，引起很大的尖峰电压Ldi/dt，并叠加在IGBT的C、E间，同时过快的关断速度会造成很大的du/dt，经过C、G间寄生反馈电容Cres的作用，易造成IGBT误导通。在实际应用中，可根据示波器关断的波形来调节其值。门极并联1nF电容和反串的16V稳压二极管，限制大电流关断时门极电压过冲，并联7.5K电阻，对门极电荷泄放。l 副边输入信号：驱动电路采用上下桥互锁，采用3120，最大输出电流2A，光藕并联330PF电容抗干扰，串联电阻选择300欧姆，保证光藕有10mA电流，可靠开通。l HCPL3120内部结构图： l 驱动输入电路：经DSP调制好的P

4、WM信号输入到光耦HCPL的原边2、3脚，经光电耦合后将PWM信号传到IGBT驱动侧。 3 器件功能v 光耦PC1，PC2，强弱电安规隔离和信号传输；v 驱动电阻R1，R3，控制IGBT门极充放电的时间，即开通与关断时间。v 泄放电阻R2，R4，防止IGBT误导通；v 限流电阻R5，R6，其值的大小可调整光耦的原边电流；v 去静电电阻R7，R8: 对光耦的原边起保护作用，防止损坏LED灯v 稳压二极管Z1Z4，尽量保证IGBT的门极电压不超过±20V；v 电容C1C4，滤波电容，其值稍微选小点，滤掉高频干扰。C1，C3保护光耦原边，C2，C4保护IGBT。v 电容C5，C6：IC芯片

5、电源的去耦电容，保证电源纹波小，稳定4 参数计算l R5与R6值的选取：输入信号PV+和PV-为05V的电平信号，减去发光二极管的压降1.4V,驱动电流约为：（5-1.4）/（150+150）=12（mA）,而光耦导通允许电流为7-16mA，12mA既能保证可靠导通而又留有一定余量。电阻功率P=0.012×0.012×1500.02瓦，这里选择1/4瓦，降额为8。l R1、R3的选取：查看被驱动的IGBT的DATASHEET，根据其驱动电阻与开关损耗的曲线图选取，一般选推荐值的1.52倍。具体的大小以装机测试后实验结果为准。这里以FP50R12KT3为例，查得Qg=0.47

6、uC，C=3.5+1=4.5nF。设开关频率为12K， 驱动电阻功率=0.09瓦，实际取值R1、R3为1/3瓦，降额为27。l R2、R4的选取：根据资料的推荐，取值范围为5.1K10K，这里取值7.5K。l R7、R8的选取：无特别明确的规定，起保护光耦用，一般选择2K10K。l C2、C4的选取：对照IGBT的Cies进行选择，一般C6应小于Cies。查看资料FP50R12KT3的Cies=3.5nF，选取C6=1nF。针对目前B体积驱动故障问题，查看其功率器件FP10R12YT3的Cies=0.7nF及FP15R12KT3的Cies=1.1nF，此时若再并联1nF的滤波电容，会影响IGB

7、T的开关特性，有的厂家不建议外接该电容。l 工作电源的设计：根据IGBT的开关特性，电源设计成(V)(V)15+10=25V，减去光耦副边压降，这样IGBT驱动的开通电压为14.7V，关断电压为-9.8V。l 门极保护器件的选取：器件R2、C2、Z1、Z2、都是用来保护IGBT的门极，电阻R2为门极吸收电阻，用来释放门极电荷防止误导通和静电损坏。电容C2为门极吸收电容，它用来减小IGBT的开关硬度和吸收门极的一些高频噪声。稳压管Z1、Z2是反串联方式连接，稳压管的电压等级选取依据是：门极驱动电压<稳压管额定电压<IGBT门极安全工作电压（正负20V），这里选取16V稳压管，在反向电

8、流120mA内，可稳定电压16+0.616.6V。l C1，C3的作用为滤掉高频杂波，增加光耦抗干扰能力。当光耦由截止到导通时其延迟时间t应满足，带入数据得，从而t=112nS。截止频率=804KHz。C1、C3值既能保证很小的延迟时间，又能滤掉一定的高频杂波。l C5、C6的选取：此值与PCB的布线及工艺有关，电路中的杂波，耦合电路，高频干扰均会影响IC电源的稳定，所以一般要在其IC电源管脚处并接去耦电容，厂家的推荐取值为0.1uF。5 器件可靠性分析此电路已大批量应用于我司产品，各项目测试指标正常，目前未反馈故障情报。6 电路测试数据HCPL3120的原边光耦有驱动电流时，对应的副边有输出

9、电压波形7 元器件清单：13-08-97-104片状电容;100nF±10%-50V-0603-X7R0.1U-0603,0.1u2C5,C6SC060323-24-90-103片状电阻;1/10W-10K±1%-060310K-0603,10k2R7,R8SR060333-24-94-151片状电阻;1/4W-150±1%-1206(5%)150-1206,1502R5,R6SR120643-24-96-180片状电阻;1/3W-18±1%-1210(5%)18-1210,182R1,R3SR121053-08-98-102片状电容;1nF±5%-50V-0603-NPO1N-0603,1n2C2,C4SC060363-08-99-331片状电容;330pF±5%-50V-0603-NPO(10%)330P-0603,330p2C1,C3SC060373-24-90-752片状电阻;1/10W-7.5k±1%-06037.5K-0603,7.5k2R2