一种基于HCPL316J的IGBT驱动电路设计

　　摘要：在较复杂的变流系统中，主控系统的延滞会影响IGBT模块故障保护的时效性，造成保护失败。针对这种情况，本文采用光耦驱动芯片HCPL-316J和DSP芯片设计了一种IGBT驱动电路，当光耦芯片故障信号发出后立即封锁IGBT驱动信号，完全消除了主控程序运行时长对故障保护的影响。通过模拟过流实验和实际应用表明，本设计故障保护响应迅速，运行稳定可靠。
　　关键词：HCPL-316J；IGBT驱动电路；故障保护
　　引言
　　光耦HCPL一316J的过流保护具有自锁功能，并可设定保护盲区，能有效防止IGBT在工作中瞬时过流而使保护误动作。当过流是由故障引起的，驱动电路将故障信号反馈给主控DSP，主控芯片接收到故障信号后，封锁系统中所有驱动芯片的控制信号，实现故障保护。但在实际应用过程中，某些系统的主控程序复杂，运行时间长，造成故障信号发出后，系统不能及时封锁所有IGBT的驱动电路，部分IGBT模块仍然强行工作，引发严重的后果。
　　本文针对上述问题设计了一种IGBT驱动电路，不仅具备可靠的过流软关断功能，而且故障保护响应及时，不受主控程序运行时间延滞的影响。
　　1 应用电路设计
　　1.1设计思路
　　HCPL-316J有Vin+、Vin-两个控制信号输入端。常见的应用思路是将PWM信号从其中一个输入端引入，另一个输入端的电平始终保持不变，如图1所示。这样，只要主控芯片有PWM信号输出，HCPL-316J就能驱动IGBT工作。这种应用方式实际上是在两个输入端中选择一个使用，另一个端子的功能没有得到充分的利用。
　　原理图中的PWM控制信号由主控芯片DSP生成，从光耦的Vin一端输入，同时，所有光耦使用同一个复位信号RESET。每个光耦的故障信号输出反馈端接一个钳位二极管（如图3中的Dl、D4），钳位二极管阴极接光耦输出端，所有钳位二极管的阳极连接成一点，作为驱动模块总故障信号FAULT。FAULT信号线又连接到所有光耦的Vin+端，同时经限流电路Rl接+5V电源。系统正常工作时，光耦的Vin+端和FAULT信号线均呈现高电平，钳位二极管处于截止状态，PWM控制信号从Vin-端输入到光耦内部，光耦在DSP的控制下驱动IGBT工作。
　　当某一个光耦芯片检测到故障时，其故障输出反馈端呈现低电平，端子上的钳位二极管导通，总故障信号FAULT变低，向主控芯片发出故障报警信号，同时所有光耦芯片的Vin+端被钳定在低电平，Vin -端子上的PWM信号无法输入到光耦内部，在第一时间封锁所有光耦的输入，IGBT失去驱动信号而停止工作，实现了对IGBT模块的故障快速保护功能。显然，在主控芯片封锁PWM控制信号之前，驱动电路已经阻止PWM信号的输入，这样就解决了主控程序运行时长对故障保护时效性的影响。
　　2 实验
　　3 结论
　　本文设计的基于HCPL-316J的IGBT驱动电路重点在于对HCPL-316J的信号输入端Vin+、Vin-和故障信号反馈端FAULT的应用研究，实验结果表明本设计能充分保证故障保护的快速性，尤其适用于控制系统复杂，主控程序运行时间较长的场所。
　　本驱动电路已成功应用于储能变流器中蓄电池逆变电源系统，无故障时逆变模块能稳定连续运行，过流故障时能快速实现保护，大大降低了逆变模块关键元器件损坏的机率。