IGBT的功率越來越大，同時也非常昂貴，其驅(qū)動、保護到反饋等環(huán)節(jié)的重要性越來越強。IGBT柵極驅(qū)動需要有長期穩(wěn)定可靠的光耦做隔離。日前，在國際集成電路研討會暨展覽會（IIC-China 2014）的電源管理及功率半導體論壇上，安華高科技（Avago）隔離產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理陳紅雷做了“功能豐富的新型光耦開啟IGBT驅(qū)動的可擴展性”的主題演講。他針對大功率柵極驅(qū)動用光耦器件ACPL-339J及其應(yīng)用做了詳細介紹，隨后筆者也就光耦的一些市場趨勢對其做了專訪。

陳紅雷介紹說，光耦器件主要分為三大類：基本型數(shù)字光耦（速率為100KBd~10MBd）、高速數(shù)字光耦（速率為12~50MBd，用于CAN、I2C等總線的高速隔離），以及專用型光耦（比如變頻器、逆變器IGBT柵極驅(qū)動的隔離，變頻器電機電流檢測的隔離）。在強弱電隔離、通信、過程控制等傳統(tǒng)領(lǐng)域都會用到光耦器件，而汽車電子、高速鐵路和新能源等新的領(lǐng)域也都有光耦需求。Avago是全球第一大光耦器件供應(yīng)商，從隔離電壓等級、共模抑制比等方面看，該公司都處于業(yè)界領(lǐng)先的水平。

光耦由發(fā)光二極管和光敏二極管（或光敏三極管）組成，中間由介電絕緣帶分隔開。光耦在制造過程中需保證二者能精確對位和距離調(diào)整。光耦的一些重要參數(shù)包括：電流傳輸比（CTR）、傳輸速率、共模抑制比（CMRR）等。其遵循的標準是UL1577和IEC 60747-5-5。IEC 60747-5-5的前身是VDE 0884，當年惠普（Avago）就是該標準的起草公司之一。

光耦的一個典型應(yīng)用是變頻器，其中有多處會用到光耦。第一，DSP的PWM信號通過光耦驅(qū)動IGBT。第二，電機驅(qū)動需要做電流檢測。第三，工業(yè)自動化協(xié)同工作各部分的通信需做隔離。太陽能/風能發(fā)電的架構(gòu)大同小異，匯流箱將太陽能電池分支匯總，經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器升壓，再經(jīng)逆變處理送至交流電網(wǎng)上。其上同樣會有柵極驅(qū)動、電壓檢測、電流檢測、現(xiàn)場總線通信等。匯流箱需要做電流檢測，其通道較多，若采用傳統(tǒng)的霍爾器件成本會比較高，采用光耦產(chǎn)品（比如ACPL-790）則非常經(jīng)濟。

ACPL-339J是一款智能型IGBT柵極驅(qū)動用光耦。智能型光耦指的是，光耦除了具備驅(qū)動功能以外，還具有失效/短路保護以及反饋功能。HCPL-316J是Avago最早的智能光耦產(chǎn)品，2013年該公司又推出了ACPL-339J，2014年又推出了ACPL-302J、ACPL-337J等產(chǎn)品。

ACPL-339J驅(qū)動電流為1A，有兩個分立的驅(qū)動單元。反饋部分包括退飽和檢測、欠壓閉鎖檢測。相比于之前的產(chǎn)品，該產(chǎn)品有幾大性能提升，如支持軌到軌輸出、退飽和檢測及調(diào)整、欠壓閉鎖反饋、外加MOSFET做緩沖等，最大的好處是該器件可擴展（適合于中功率至大功率應(yīng)用，可以根據(jù)電流大小選擇不同的MOSFET搭配）。

MOSFET相對于BJT，功率損耗比較低，ACPL-339J搭配MOSFET緩沖器做大功率驅(qū)動，可使功率損耗變小，PCB板級溫度降低。同時，IGBT柵極驅(qū)動的上管和下管（前置驅(qū)動器）分別采用P型和N型MOSFET，可以通過在管與管之間調(diào)整延時，防止出現(xiàn)雙管貫通而發(fā)生短路的現(xiàn)象（BJT是電流控制型器件，難以做到精確控制）。

ACPL-339J正常關(guān)斷模式下的柵極電壓關(guān)斷時間為260ns；軟關(guān)斷模式下的關(guān)斷時間可調(diào)（7μs@RS=330Ω，17μs@RS=1kΩ），從而降低di/dt，防止IGBT擊穿。

最后在談到光耦的發(fā)展趨勢時，陳紅雷透露，隨著SiC、超級結(jié)MOSFET等新型產(chǎn)品的出現(xiàn)，安華高將會緊密地跟進。在高壓、大功率驅(qū)動方面，690V電壓供電場合，IGBT的電壓等級達1100VDC左右，再加上浪涌電壓反饋，其將達到1600~1700VDC。目前，Avago已有WIDEBODY（寬體）封裝結(jié)構(gòu)的光耦推出，其工作電壓可達2262V，隔離電壓為7500V。