相信大家都或多或少接觸過電子產(chǎn)品，那么大家都不怎么會關(guān)注這些電子產(chǎn)品的一些組成元器件，比如柵極驅(qū)動(dòng)光電耦合器，那么你知道如何更換老化的柵極驅(qū)動(dòng)光電耦合器嗎?

電機(jī)用于電梯、食品加工設(shè)備、工廠自動(dòng)化、機(jī)器人、起重機(jī)……這樣的例子不勝枚舉。交流感應(yīng)電機(jī)在這種應(yīng)用中很常見，且總是通過用于電源級的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。典型的總線電壓為200 VDC至1，000 VDC。IGBT采用電子換向，以實(shí)現(xiàn)交流感應(yīng)電機(jī)所需的正弦電流。

MOSFET是一種電壓控制型器件，可用作電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和其它系統(tǒng)中的開關(guān)元件。柵極是每個(gè)器件的電氣隔離控制端。

在設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，保護(hù)操作重型機(jī)械的人員免受電擊是首要考慮因素，其次應(yīng)考慮效率、尺寸和成本因素。雖然IGBT可處理驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的高電壓和電流，但它們不提供防止電擊的安全隔離。在系統(tǒng)中提供安全隔離的重要任務(wù)由驅(qū)動(dòng)IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)器完成。

MOSFET的另外兩端是源極和漏極，而對于IGBT，它們被稱為集電極和發(fā)射極。為了操作MOSFET/IGBT，通常須將一個(gè)電壓施加于柵極(相對于器件的源極/發(fā)射極而言)。使用專門驅(qū)動(dòng)器向功率器件的柵極施加電壓并提供驅(qū)動(dòng)電流。

光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器已成功用于驅(qū)動(dòng)IGBT，并提供電流安全隔離。光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入級包含單個(gè)鋁鎵砷(AlGaAs)LED。輸出級包括一個(gè)光電探測器和放大器，然后是驅(qū)動(dòng)輸出的上拉和下拉晶體管。最終封裝中厚層透明硅樹脂將輸入和輸出級分開，并提供了安全隔離。電流驅(qū)動(dòng)輸入級的簡易性、良好的抗噪性和安全隔離是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器制造商幾乎在所有設(shè)計(jì)中都采用光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的主要原因。

IGBT/功率MOSFET的結(jié)構(gòu)使得柵極形成一個(gè)非線性電容。給柵極電容充電會使功率器件導(dǎo)通，并允許電流在其漏極和源極引腳之間流動(dòng)，而放電則會使器件關(guān)斷，漏極和源極引腳上就可以阻斷大電壓。

然而，現(xiàn)代系統(tǒng)不斷增長的需求已突破光電隔離技術(shù)的限制。例如，共模瞬變抗擾度(CMTI)在總線電壓和電流都很大的高功率系統(tǒng)中的作 用至關(guān)重要。IGBT需要更快地切換，以降低開關(guān)損耗并降低功耗。碳化硅(SiC)場效應(yīng)晶體管(FET)在這些應(yīng)用中越來越受歡迎，因?yàn)樗鼈兊那袚Q速度快于IGBT。無論您使用IGBT抑或SiC FET作為功率FET，更快的切換速度意味著更高的瞬態(tài)電壓(dv/dt)和更大的共模瞬變，它們可耦合回柵極驅(qū)動(dòng)器輸入，破壞功率FET的柵極驅(qū)動(dòng)信號。

當(dāng)柵極電容充電且器件剛好可以導(dǎo)通時(shí)的最小電壓就是閾值電壓(VTH)。為將IGBT/功率MOSFET用作開關(guān)，應(yīng)在柵極和源極/發(fā)射極引腳之間施加一個(gè)充分大于VTH 的電壓。

光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的CMTI額定值僅為35 V/ns至50 V/ns，這限制了功率FET的切換速度。這導(dǎo)致功率FET的功耗更高、效率更低、尺寸更大、系統(tǒng)成本更高。光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器(采用6管腳小外形封裝，帶寬管腳)額定工作電壓為1，414 VPK。但是光電學(xué)制造商沒有提供任何有關(guān)使用壽命的指南。此外，最高工作溫度僅為105°C(Tj = 125°C)，且LED老化效應(yīng)進(jìn)一步限制了可使用光電隔離柵極驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用，從而使驅(qū)動(dòng)器制造商尋求替代解決方案。

提供適當(dāng)柵極電壓的問題通過柵極驅(qū)動(dòng)器來解決，柵極驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行電平轉(zhuǎn)換任務(wù)。不過，柵極電容無法瞬間改變其電壓。因此，功率FET或IGBT具有非零的有限切換間隔時(shí)間。

UCC23513是一款3-A、5-kVRMS光兼容單通道隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器。其采用電容隔離技術(shù)，帶6引腳封裝。德州儀器專有的仿真二極管(e-diode)技術(shù)構(gòu)成了電流驅(qū)動(dòng)的輸入級。與LED不同，它不會老化。使用構(gòu)成半導(dǎo)體工藝一部分的具有高純度二氧化硅(SiO2)電介質(zhì)的電容器可實(shí)現(xiàn)高壓安全隔離。其工藝與制造金屬氧化物半導(dǎo)體FET的工藝相同。

在切換期間，器件可能處于高電流和高電壓狀態(tài)，這會產(chǎn)生功耗并轉(zhuǎn)化為熱量。因此，從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要很快，以盡可能縮短切換時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要高瞬變電流來使柵極電容快速充電和放電。

由于半導(dǎo)體工藝具有極其嚴(yán)格的公差，因此可極好地控制SiO2電介質(zhì)的純度和厚度。在工作電壓為1060VRMS(1500 VPK)時(shí)，器件的使用壽命可保證高于50年，并實(shí)現(xiàn)極低的器件間差異，而光電隔離無法做到。

以上就是更換老化的柵極驅(qū)動(dòng)光電耦合器的一些常見方法步驟的詳細(xì)解析，希望我們的設(shè)計(jì)者在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，這樣才能設(shè)計(jì)出更好的電子產(chǎn)品。