3120驱动IGBT电路

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

FUCK INVT

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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

PC112C1330PPV+R515013VGNDZ216VPC212R6150PV-C3330PR810k34HCPL31208+L765C60.1u-L1Z41Z33R416V7.5K3GN16VC41nR318-1/3WGV-R710k34HCPL312087GV+65C50.1u-V13R2Z116V7.5KC21n+VR118-1/3W

 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0～5V的电平信号。  副边电源：

+V对VGND电压为：＋15V -V对VGND电压为： -10V +L对GN电压为：＋15V -L对 GN电压为： -10V

 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＋=15-0.3＝14.7V。

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=－10＋0.2=－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，

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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。  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。

 HCPL3120内部结构图：

 驱动输入电路：经DSP调制好的PWM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

❖ 光耦PC1，PC2，强弱电安规隔离和信号传输；

❖ 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。 ❖ 泄放电阻R2，R4，防止IGBT误导通；

❖ 限流电阻R5，R6，其值的大小可调整光耦的原边电流；

❖ 去静电电阻R7，R8: 对光耦的原边起保护作用，防止损坏LED灯 ❖ 稳压二极管Z1～Z4，尽量保证IGBT的门极电压不超过±20V；

❖ 电容C1～C4，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。

❖ 电容C5，C6：IC芯片电源的去耦电容，保证电源纹波小，稳定

4 参数计算

 R5与R6值的选取：输入信号PV+和PV-为0～5V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=0.012×0.012×150＝0.02瓦，这里选择1/4瓦，降额为8％。

 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

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曲线图选取，一般选推荐值的1.5－2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=0.47uC，C=3.5+1=4.5nF。设开关频率为12K， 驱动电阻功率

PdfC(QgUGEC(UGE)2)=12103(0.47106154.5109(10)2)＝

0.09瓦，

实际取值R1、R3为1/3瓦，降额为27％。

R2、R4的选取：根据资料的推荐，取值范围为5.1K－10K，这里取值7.5K。 R7、R8的选取：无特别明确的规定，起保护光耦用，一般选择2K～10K。 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IGBT的开关特性，有的厂家不建议外接该电容。

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。

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UCUS(U0US)e从而t=112nS。截止频率ftRC  

 



，带入数据得1.45(1.45)et30066010－12，

11==804KHz。C1、C3值既

2RC230066010－12能保证很小的延迟时间，又能滤掉一定的高频杂波。

 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，对应的副边有输出电压波形

7 元器件清单：

1 2 3-08-97-104 3-24-90-103 片状电容;100nF±10%-50V-0603-X7R 片状电阻;1/10W-10KΩ±1%-0603 0.1U-0603,0.1u 10K-0603,10k 2 C5,C6 2 R7,R8 SC0603 SR0603 FUCK INVT

3 4 5 6 7 8 9 3-24-94-151 3-24-96-180 3-08-98-102 3-08-99-331 3-24-90-752 3-56-22-416 2-15-11-120 片状电阻;1/4W-150Ω±1%-1206(5%) 片状电阻;1/3W-18Ω±1%-1210(5%) 片状电容;1nF±5%-50V-0603-NPO 片状电容;330pF±5%-50V-0603-NPO(10%) 片状电阻;1/10W-7.5kΩ±1%-0603 稳压二极管;16V/0.225W/SOT-23 光耦;HCPL-3120#500/GW8表贴 150-1206,150 18-1210,18 1N-0603,1n 330P-0603,330p 7.5K-0603,7.5k DZ-16V-SOT23,16V HP3120,HCPL-3120 2 R5,R6 2 R1,R3 2 C2,C4 2 C1,C3 2 R2,R4 4 Z1,Z2,Z3,Z4 2 PC1,PC2 SR1206 SR1210 SC0603 SC0603 SR0603 SOT-23 SOP-8L

7 关键器件资料

\\\\192.168.1.3\\研发中心\\元件资料\\晶