光耦HCPL-316J的應(yīng)用
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
圖3中，電阻R1需要根據(jù)實際的電流保護(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FS100R12KT3管，在管芯結(jié)溫為125℃、流過電流為100A時，其Vce≈2．4V，假定此時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)動電路(方案2)
在圖3的基礎(chǔ)上，僅2個上管的驅(qū)動保護(hù)采用光耦HCPL-316J，2個下管的驅(qū)動直接采用普通的光耦如TLP250、A3120等，電路更為簡潔，同樣也可達(dá)到4路均采用光耦A316J的過流保護(hù)效果(實測的電流保護(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際電流保護(hù)波形是一樣的實際結(jié)果來看．說明方案1與方案2本質(zhì)上并沒有區(qū)別。究其原因，主要是本驅(qū)動系統(tǒng)主回路驅(qū)動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，完整的一個驅(qū)動周期如下：
(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，幅值必定比a階段小，所以在此階段，即使下管驅(qū)動采用光耦A(yù)316J，也必不會達(dá)到光耦A(yù)316J的電流保護(hù)點，因此，下管采用光耦A(yù)316J與采用普通驅(qū)動光耦的結(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，幅值必定比c階段小，也必不會達(dá)到光耦A(yù)316J的電流保護(hù)點。
所以，下管是采用光耦A(yù)316J或采用普通驅(qū)動光耦，得到的電流保護(hù)結(jié)果是一樣的，從電路簡介性看，可采用普通光耦，且價格相對低點；從減少所需器件種類來看，可采用A316J，價格相對高點。
4 注意事項
在兩種方案電路中，均要關(guān)注：
(1)負(fù)載問題：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IGBT，光耦馬上檢測到過流信號，在不大于3μs內(nèi)實施對IGBT實施軟關(guān)斷，即在一個PWM周期內(nèi)，IGBT最小導(dǎo)通時間為此延時時間。假定在此段時間內(nèi)電流的增加多于下降，則會隨著導(dǎo)通時間的加長，電流越來越大，超越IGBT的承受能力，造成IGBT損壞，這一點在應(yīng)用中必須注意；
(2)時序問題：在上電時，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，則可能會造成驅(qū)動輸出電平不夠高、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，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，也要充分保證光耦供電電源在未跌落之前關(guān)斷驅(qū)動VOUT的輸出，否則，驅(qū)動VOUT輸出很容易出現(xiàn)高頻抖動(如圖5所示：即是由于電源已由17V跌落到14V時，還未關(guān)斷送出到VIN+、VIN-的輸出，結(jié)果在運行過程中突然掉電即發(fā)生IGBT損壞)，更是對IGBT的安全工作造成威脅；本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/178317.htm
(3)IGBT的Vce分散性問題：由于IGBT的導(dǎo)通管壓降的分散性，會導(dǎo)致采用相同的電流檢測電阻，會得到不同的電流保護(hù)值，所以，實際應(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)分散性問題：同上，由于光耦A(yù)316J的電流采樣基準(zhǔn)分散性，亦會導(dǎo)致采用相同的電流檢測電阻，會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電路更為簡潔，也使電流保護(hù)調(diào)節(jié)變得更為簡單，所以實際應(yīng)用中推薦使用方案2。
采用光耦A(yù)316J作電流保護(hù)用，雖然電路變得簡單、可靠，但與傳統(tǒng)的過流保護(hù)電路一樣，仍然無法解決電流保護(hù)點比較確定的問題：傳統(tǒng)的過流保護(hù)電路，大都采用RC濾波的方式作電流檢測輸入，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又開通，于是電流又上升，檢測到的電流信號又會繼續(xù)給濾波電容C充電，即相當(dāng)于保護(hù)延時變短，則保護(hù)點就會降低。
6 結(jié)束語
從上述的實驗結(jié)果來看，雖然使用光耦A(yù)316J在電路結(jié)構(gòu)方面比傳統(tǒng)的過流保護(hù)電路更為簡潔、可靠，也使電流保護(hù)調(diào)節(jié)變得更為簡單，所以現(xiàn)在國內(nèi)應(yīng)用越來越廣泛。但也存在著如前面所述和傳統(tǒng)的過流保護(hù)電路一樣的缺點，并且在實際應(yīng)用中一定要注意上下電的時序配合問題，否則，在此過程IGBT很容易損壞。
實驗證明，只要解決好上述的問題，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。
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