说明
Avago的2.5安培集成门驱动光耦失配检测与故障状态反馈使IGBT VCE故障保护紧凑、价格合理易于实施，同时满足全球安全和监管要求。
特征
2.5电流最大峰值输出驱动IGBT至IC=150A，VCE=1200V光隔离，故障状态反馈SO-16包装CMOS/TTL兼容最大开关速度500 ns
特征（续）
“软”IGBT关闭
集成故障安全IGBT保护
除盐（VCE）检测
欠压锁定保护（UVLO）
有滞后现象
用户可配置：反转、非反转、自动复位，自动关机
宽工作电压控制范围：15至30伏
-40°C至+100°C工作温度范围
15千伏/微秒最小共模抑制（CMR）
VCM=1500V监管批准：UL、CSA、IEC/EN/DIN EN 60747-5-5（1414V峰值工作电压）
典型故障保护IGBT门极驱动电路HCPL-316J是一款易于使用的智能门驱动器这使得IGBT-VCE故障保护结构紧凑，价格低廉，易于实现。用户可配置输入、集成VCE检测、欠压等功能年龄锁定（UVLO），“软”IGBT关闭和隔离故障反馈提供最大的设计灵活性和电路保护。
故障状态下的操作说明
1.DESAT终端通过DDESAT。
2.当除盐终端上的电压超过7V，IGBT门极电压（VOUT）缓慢降低。
3.故障输出变低，通知微控制器故障情况。
4.微控制器采取适当的措施。
输出控制
HCPL-316J的输出（VOUT和FAULT）由VIN、UVLO和检测到的IGBT脱盐条件。如下表所示HCPL-316J可分别使用VIN+或VIN-输入配置为反转或非反转。当需要反转配置时，车辆识别号+必须保持在高位和文-切换。当非反转配置为需要，车辆识别号-必须保持在低位并切换车辆识别号+开关。一次UVLO不活动（VCC2-VE>VUVLO），允许VOUT升高，并且HCPL-316J将是IGBT保护的主要来源。需要UVLO来确保DESAT的功能。一旦VUVLO+>11.6 V，除盐将保持功能，直到VUVLO-<12.4 V.因此，脱盐检测和紫外低辐射特征HCPL-316J配合使用，确保恒定IGBT保护。
产品概述
HCPL-316J是一种高度集成的功率控制装置，它集成了完整、隔离的IGBT栅极驱动电路，带有故障保护和反馈，集成在一个SO-16组件中。TTL输入逻辑电平允许与微控制器直接接口，一个光隔离的功率输出级驱动器额定功率高达150 A和1200 V.A的IGBT高速内部光链路使微控制器和IGBT之间的传输延迟最小化同时允许两个系统在非常大的范围内运行共模电压差工业电机驱动和其他电源开关应用。输出IC为防止过电流期间损坏的IGBT，以及第二个光链路提供完全隔离的故障状态微控制器的反馈信号。一个内置的“看门狗”电路监控功率级电源电压防止栅极驱动电压不足引起的IGBT。这种集成的IGBT门极驱动器的设计目的是增加无刷直流电动机的性能与可靠性离散设计的成本、大小和复杂性。两个发光二极管和两个集成电路封装在同一个SO-16封装中，提供输入控制电路，输出功率级和两个光通道。输入缓冲芯片采用双极工艺设计，输出检测芯片采用双极工艺设计在高压BiCMOS/功率DMOS上制造过程。前向光信号路径，如LED1，发送门控制信号。如LED2所示，返回光信号路径传输故障状态反馈信号。两个光通道完全由输入和输出芯片控制，使得内部隔离边界对微控制器透明。正常工作时，输入门极控制信号通过隔离输出直接控制IGBT门极探测器IC。LED2保持关闭，输入缓冲IC中的故障锁存器被禁用。当检测到IGBT故障时，输出检测器IC立即开始“软”关闭序列，在避免IGBT潜在损坏的控制方式感应过电压。同时，此故障状态通过LED2传回输入缓冲IC，其中故障锁存器禁用门控制输入，激活的低故障输出提醒微控制器。在通电期间，欠压锁定（UVLO）功能可防止栅极电压不足到IGBT，通过强制HCPL-316J的输出低。一次输出处于高电平状态，HCPL-316J的除盐（VCE）检测特性提供IGBT保护。因此，UVLO和DESAT协同工作提供恒定IGBT保护。
笔记：
1.根据UL1577，每个光耦通过施加绝缘测试电压≥6000 Vrms 1秒进行验证测试。本试验在IEC/EN/DIN EN 60747-5-5绝缘特性表所示局部放电100%生产试验（方法b）之前进行，如果适用。
2.输入输出瞬时耐受电压是介电电压额定值，不应解释为输入输出连续额定电压。有关连续电压额定值，请参考您的设备级安全规范或IEC/EN/DIN EN 60747-5-5绝缘特性表。
3.装置被认为是一个双端装置：引脚1-8短接在一起，引脚9-16短接在一起。
4.为了达到指定的绝对最大功耗，引脚4, 9和10需要接地连接，并且可能需要。气流。有关如何估计结温和功耗的详细信息，请参阅本数据表末尾应用说明中的热模型部分。在大多数情况下，绝对最大输出IC结温度是限制因素。实际功率可实现的损耗取决于应用环境（PCB布局、气流、零件放置等）。参见推荐的PCB应用程序注释中的布局部分，用于布局注意事项。当温度高于90℃时，输出IC的功耗在10 mW/℃时线性下降。输入集成电路功耗不需要降额。
5.最大脉冲宽度＝10 s，最大占空比＝0.2%。该值旨在考虑具有IO的设计的部件公差峰值最小值=2.0 A。有关IOH峰值的更多详细信息，请参阅应用部分。从+25°C时的3.0 A线性减额到+100°C时的2.5 A。这补偿因体积温度变化而增加的IOPEAK。
6.这个供应是可选的。仅在实施负栅极驱动时才需要。
7.最大脉冲宽度＝50 s，最大占空比＝0.5%。
8.有关详细信息，请参阅本数据表末尾应用说明中的“故障条件下的慢IGBT栅极放电”一节。
9.15 V是推荐的最小操作正电源电压（Vcc2-VE），以确保超过最大VUVLO +阈值13.5 V的足够裕度。对于高电平输出电压测试，VoH是用直流负载电流测量的。当驱动电容性负载时当IOH接近零单位时将接近VCC。
10.最大脉冲宽度＝1毫秒，最大占空比＝20%。
11.一旦HCPL-316J的VOUT变高（VCC2-VE>VUVLO），HCPL-316J的除盐检测特性将是主要的IGBT保护源。需要UVLO来确保DESAT的功能。一旦VUVLO+>11.6 V，除盐将保持功能，直到VUVLO-<12.4 V。因此，HCPL-316J的除盐检测和紫外LO特性共同工作，以确保恒定的IGBT保护。
12.有关详细信息，请参阅本数据表末尾“应用说明”中的“消隐时间控制”部分。
13.这是VCC2-VE的“增加”（即打开或“正向”方向）。
14.这是VCC2-VE的“下降”（即关闭或“负向”方向）。
15.该负载条件近似于1200 V/75 A IGBT的栅极负载。
16.对于任何给定的单元，脉冲宽度失真（PWD）定义为| tPHL-tPLH |。
17.从VIN+，VIN-到VOUT的测量值。
18.在相同的试验条件下，任何两个HCPL-316J零件之间的tPHL和tPLH之间的差异。
19.电源电压相关。
20.这是从超过除盐阈值到故障输出变低的时间量。
21.这是在VOUT开始变低和故障输出变低之前必须超过DESAT阈值的时间量。
22.这是从复位被断言为低到故障输出变高的时间量。当HCPL-316J被配置为自动复位时，3μs的最小规格是保证的最小故障信号脉冲宽度。请参阅应用程序中的自动重置部分本数据表末尾的注释，以了解更多详细信息。
23.高状态下的共模瞬态抗扰度是最大可容忍的。共模脉冲VCM的dVCM/dt，以确保输出将保持在高状态（即VO>15v或故障>2v）。100 pF和故障检测模式需要3KΩ上拉电阻。
24.在低状态下的共模瞬态抗扰度是共模脉冲VCM的最大可容忍DVCM/dt，以确保输出将保持在低状态（即VO<1.0V或故障<0.8V）。
25.不包括故障时的LED2电流或消隐电容器放电电流。
26.为了在VCC-3vbe上钳制输出电压，建议在输出和VEE之间安装一个下拉电阻器，以吸收650的静态电流输出高时为微安。如果输出下拉电阻器是
典型应用/操作故障检测与保护简介典型三相逆变器的功率级容易受到几种故障的影响，其中大多数故障是对功率IGBT有潜在破坏性。这些失败模式可以分为四个基本类别：阶段和/或由于用户错误连接导致的轨道供电短路或不良接线、噪声或计算错误导致的控制信号故障、由栅极驱动电路中的负载和组件故障。在任何一种故障情况下IGBTs会迅速增加，导致功率过大散热和加热。IGBT损坏当电流负载接近器件的饱和电流，集电极到发射极的电压时高于饱和电压水平。彻底的增加的功耗很快就会过热动力装置并摧毁它。以防止损坏必须实施故障保护以减少或在故障情况下关闭过电流。提供快速本地故障检测和关闭的电路是理想的解决方案，但需要组件、板空间消耗、成本和复杂性迄今为止限制了其应用于高性能。开车。此电路必须具有的功能很高速度快，成本低，分辨率低，功耗低，而且体积小。应用信息HCPL-316J通过结合高速、高输出电流满足这些标准驱动器，输入端之间的高压光隔离输出，就地IGBT去饱和检测和关闭向下，一个光隔离的故障状态反馈信号进入一个16针表面安装包。所采用的故障检测方法HCPL-316J，用于监测IGBT的饱和（集电极）电压，并在集电极电压超过预定值时触发本地故障停机序列门槛。一种小型的闸门泄放装置防止损坏的高短路IGBT电流电压峰值。在耗散的能量到达之前破坏性水平，IGBT被关闭。在休息期间在IGBT的状态下，故障检测电路被简单地禁用，以防止错误的“故障”信号。测量IGBT的替代保护方案如果短路，防止去饱和的电流是有效的电源设备的电路能力是已知的，但是如果栅极驱动电压降低，此方法将失败只需部分开启IGBT即可。直接测量集电极电压，HCPL-316J限值IGBT的功率损耗栅极驱动电压。另一个更微妙的优势去饱和检测方法是监测IGBT中的功耗，而电流检测方法依赖于预设的电流阈值来预测操作的安全极限。因此，不需要过于保守的过电流阈值来保护IGBT
推荐应用电路
HCPL-316J既有反转也有非反转栅极控制输入、有效低复位输入和适用于有线或有线应用的开路集电极故障输出。中所示的推荐应用电路图展示了一个典型的门驱动器实现使用HCPL-316J。四个电源旁路电容器（0.1μF）提供开关过程中所需的大瞬态电流过渡。由于充电电流的瞬态特性，低电流（5毫安）电源就足够了。除盐二极管和100 pF电容是必要的故障检测电路的外部部件。栅极电阻（10Ω）用于限制栅极充电电流并间接控制IGBT集电极电压起起伏伏的时候。开路集电极故障输出无源3.3 kΩ上拉电阻器和330 pF滤波电容器。VOUT上的47 kΩ下拉电阻器提供更可预测的高电平输出电压（VOH）。在这个应用程序，当检测到故障，在微控制器应用复位信号。
操作/计时说明
下面的图63显示了输入和输出波形在正常运行条件下，脱盐故障条件和正常重置行为。正常运行在正常运行过程中，HCPL-316J的VOUT由VIN+或VIN-控制，IGBT集电极输出电压通过DDESAT监控。这个故障输出高，应保持复位输入很高。见图63。图63。时序图。故障状态当除盐针上的电压超过7V时IGBT开启，VOUT缓慢降低，以便“轻轻”关闭IGBT，防止大的di/dt感应电压。内部反馈通道也被激活使故障输出低，目的是将故障情况通知微控制器。见图63。重置故障输出保持低直到复位低。见图63。在断言复位引脚（低）时，必须为输出低状态断言输入管脚（车辆识别号+低或车辆识别号-高）。这是可以实现的通过软件控制（即微控制器）或硬件控制（见图73和74）。
故障时IGBT栅极放电慢当检测到去饱和故障时HCPL-316J输出驱动级中的设备将打开“轻轻”关闭IGBT。这个装置慢慢放电防止漏极电流快速变化的IGBT栅极可能会因为铅而导致电压尖峰以及导线电感。在慢关的时候输出下拉设备保持关闭，直到输出电压低于V+2伏，此时下拉装置夹紧IGBT栅极使其转向。除盐故障检测消隐时间除盐系统故障检测电路必须保持禁用状态在IGBT通电后的短时间内使集电极电压降到除盐器以下塞斯hold。这个时间段，叫做脱盐消隐时间，由内部除盐充电电流控制，除盐电压阈值和外部除盐电容器。名义下料时间按下列公式计算外部电容（CBLANK）、故障阈值电压（VDESAT）和除盐充电电流（ICHG）作为tBLANK=CBLANK x VDESAT/ICHG。名义下料时间推荐的100 pF电容器为100 pF*7V/250微安=2.8微秒。电容值可以标度略微调整消隐时间，但不推荐小于100 pF的值。这一标称下料时间也代表了所需的最长时间HCPL-316J对除盐故障做出响应。如果当集电极和发射器处于对供电轨短路（切换为短路），则软关断序列将在大约之后开始。3微秒。如果IGBT集电极和发射器对在IGBT已经接通后，供电轨的响应由于寄生并联，时间会快得多除盐二极管的电容。推荐的100pF电容器也应提供足够的消隐作为大多数应用程序的故障响应时间。欠压闭锁HCPL-316J欠压锁定（UVLO）功能是防止闸门不足通过强制HCPL-316J输出低电压至IGBT在通电期间。igbt通常需要栅极电压以达到其额定VCE（开）电压。在门口电压低于13伏时，其通电电压通常会升高戏剧性的，特别是在较高的洋流下。非常低栅极电压（低于10 V），IGBT可在线性区和快速过热。UVLO函数使输出在不足时被钳制使用操作电源（VCC2）。一旦VCC2超过VUVLO+（正向UVLO阈值），UVLO松开夹钳以打开设备输出响应输入信号。当VCC2从0 V增加时（在一定程度上低于VUVLO+），首先是除盐保护电路启动。随着VCC2的进一步增加（在VUVLO+上方），松开Vvlo夹钳。在当UVLO夹钳松开时，脱盐保护已处于活动状态。因此，UVLO和DESAT断层检测功能共同提供无缝不考虑电源电压的保护（VCC2）
行为电路原理图
HCPL-316J的功能行为由图64中的逻辑图表示它充分描述了HCPL-316J。输入集成电路在正常切换模式下，没有输出故障检测到，并且故障锁存器的低状态允许控制信号LED的输入信号。故障输出处于打开收集器状态，并且重置的状态pin不影响IGBT栅极的控制。当检测到故障，故障输出和信号输入为两个都锁上了。故障输出变为激活低状态，信号LED被强制关闭（输出低）。这个锁定状态将持续到拔出复位销为止低。图64。行为电路原理图。输出集成电路三个内部信号控制驱动器输出的状态：信号LED的状态，以及UVLO和故障信号。如果未检测到IGBT集电极上的故障，电源电压高于UVLO阈值，LED信号将控制驱动器输出状态。这个驱动级逻辑包括一个互锁，以确保输出级中的上拉和下拉设备是从不同时打开。如果电压过低如果检测到，输出将被50x DMOS设备，不考虑LED状态。如果是IGBT当信号LED亮起时检测到去饱和故障，故障信号将锁定在高状态。三重达林顿和50x DMOS设备被禁用，并且较小的1x DMO下拉设备被激活以缓慢卸下IGBT栅极。当输出低于两伏，50xdmos装置再次开启，牢牢地夹住IGBT栅极使其转向。故障信号仍然存在锁定在高状态，直到信号LED熄灭。
其他推荐组件
图62中的应用电路包括一个输出下拉电阻器，除盐针保护电阻器，a故障引脚电容器（330 pF）和故障引脚上拉电阻器。输出下拉电阻器在输出高转换期间，输出电压迅速上升到VCC2的3个二极管内。如果输出然后，由于电容性负载，电流降为零输出电压将从大约VCC2-3（VBE）缓慢上升在几微秒内到达VCC2。限制VCC2-3（VBE）的输出电压，一个下拉电阻器建议在输出和VEE之间输出高时的静态电流为650微安。下拉电阻值取决于正电源，可根据公式，r下拉=[VCC2-3*（VBE）]/650微安。除盐销保护反激二极管的自由转动IGBTs具有较大的瞬时正向电压大大超过标称正向的瞬态二极管的电压。这可能会导致很大的负面影响脱盐针上的电压尖峰，如果不使用保护，它将从IC中吸取大量电流。限制电流水平不会损坏IC，a 100欧姆电阻器应与除盐二极管串联插入。增加的阻力不会改变脱盐阈值或除盐消隐时间。高CMR故障管脚上的电容器快速共模瞬变会影响故障故障输出处于高状态时的引脚电压。一个330pF电容器（图66）应连接在实现足够CMOS的故障引脚和接地规定CMR值为15kV/微秒时的噪声裕度。当检测到去饱和条件时，增加的电容不会增加故障输出延迟。故障引脚上的上拉电阻器故障引脚是开路集电极输出，因此需要一个上拉电阻器来提供高电平信号。用标准CMOS/TTL驱动高CMR隔离高压的电容耦合与输入相关的电路是主电路CMR限制。必须考虑到实现高CMR性能。输入引脚VIN+和车辆识别号-必须有主动驱动信号，以防止不需要的信号极共模输出切换瞬态条件。使用上拉的输入驱动电路或下拉电阻，如开路集电极配置，应避免。标准CMOS或TTL驱动器建议使用电路。
HCPL-316J输入端的用户配置VIN+、VIN-、FAULT和RESET输入引脚使根据电机驱动要求，可能有多种闸门控制和故障配置。这个HCPL-316J既有反转门又有非反转门控制输入，适用于开路集电极故障输出用于有线或有源低复位输入。非逆变/逆变驱动输入pf HCPL-316J模式HCPL-316J型can的栅极驱动电压输出使用车辆识别号-和车辆识别号+输入。如图68所示，当需要非反转配置，车辆识别号保持在低位通过将其连接到GND1，可以切换VIN+。如图所示在图69中，当需要反转配置时，通过将车辆识别号+连接到VCC1，车辆识别号+保持在高位，并切换。本地关机，本地复位如图70所示，每个HCPL的故障输出-316J门驱动器单独轮询，单个重置行被单独断言为低，以重置故障后的电机控制器。全局关闭，全局重置如图71所示，当配置为反转操作时，HCPL-316J可以配置为关闭在故障情况下自动通过打结输出到车辆识别号+的故障。对于高可靠性驱动器每个HCPL-316J的集电极开路故障输出可以是在常见故障总线上连接在一起，形成直接连接到微控制器的单一故障总线。当六个门驱动器中的任何一个检测到故障时，故障输出信号将禁用所有六个HCPL-316J门同时提供保护防止进一步的灾难性失败。
