HCPL-4506/J456/0466、HCNW4506 智能功率模块与门极驱动接口光耦合器

说明

HCPL-4506和HCPL-0466包含一个砷化镓发光二极管，而HCPL-J456和HCNW4506包含一个AlGaAs LED。LED与集成的高增益光学耦合光电探测器。最小传播延迟差器件之间的相互作用使得这些光耦合器成为提高逆变器效率的最佳解决方案切换死区时间。片上20 kΩ输出上拉电阻器可通过以下方式启用短路输出引脚6和7，从而消除一种常用IPM应用中的外部上拉电阻器。给出了典型IPM应用程序。

0.1μF旁路电容器的连接建议在针脚5和8之间。

特征

为常规IPM应用程序指定的性能

工业温度范围：-40°C至100°C

快速最大传播延迟

tPHL=480ns

tPLH=550ns

最小化脉冲宽度失真

PWD=450纳秒

15千伏/微秒最小共模瞬态抗扰度在VCM=1500 V时

在IF=10mA时，CTR>44%

安全批准：UL认可-HCPL-4506/0466/J456的3750 V rms/1分钟-对于HCPL-4506选项020，5000 V rms/1分钟和HCNW4506CSA批准批准的IEC/EN/DIN EN 60747-5-2

-VIORM=560 V峰值，适用于HCPL-0466选项060

-VIORM=630 V峰值，适用于HCPL-4506选项060

-HCPL-J456的VIORM=891 V峰值

-对于HCNW4506，VIORM=1414 V峰值

应用

IPM隔离

隔离IGBT/MOSFET栅极驱动

交流和无刷直流电机驱动器

工业逆变器

绝缘和安全相关规范

所有Avago数据表都报告了漏电和间隙光耦组件本身固有的。在确定电路绝缘时，这些尺寸是设备设计师需要的起点要求。然而，一旦安装在印刷品上电路板、最小爬电和间隙要求必须符合单个设备的规定标准。对于爬电来说焊料之间印刷电路板的表面必须考虑输入和输出引线的圆角。有推荐的技术，如凹槽以及可用于印刷电路板的肋骨达到预期的爬电距离和清洁度。蠕变和间隙距离也会根据污染程度和绝缘水平等因素而变化。

IEC/EN/DIN EN 60747-5-2绝缘相关特性

有关以下内容的详细说明，请参考规范信息（IEC/EN/DIN EN 60747-5-2）下设计人员目录的光耦部分方法a和方法b局部放电试验曲线。

笔记：

这些光电耦合器仅适用于安全极限数据范围内的“安全电气隔离”。安全数据的维护应通过保护电路的方式。绝缘特性符合IEC/EN/DIN EN 60747-5-2。根据CECC 00802，表面安装分类为A级。

包装特性

超过推荐温度（TA=-40°C至100°C），除非另有规定。

25°C时的所有典型值，VCC=15 V。

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IEC/EN/DIN EN 60747-5-2绝缘相关特性表（如适用）设备级安全规范或Avago应用说明1074，标题为“光耦输入输出持续电压”，

笔记：

1.以0.8毫安/摄氏度的速率线性降低90°C以上的自由空气温度。

2.以1.6毫安/摄氏度的速率线性降低90°C以上的自由空气温度。

3.以3.0 mW/℃的速率线性降低90℃以上的自由空气温度。

4.以4.2 mW/℃的速率线性降低90℃以上的自由空气温度。

5.以百分比表示的电流传输比定义为输出集电极电流（IO）与正向LED输入电流（IF）的比率乘以100。

6.被认为是双端装置的装置：引脚1、2、3和4短接在一起，引脚5、6、7和8短接在一起。

7.根据UL 1577，每一个光耦通过施加一秒大于等于4500 V rms的绝缘测试电压（漏电）进行验证测试检测电流限值，II-O≤5μA）。

8.根据UL 1577，每个光耦通过施加绝缘测试电压≥4500 V rms 1秒（泄漏）进行验证测试检测电流限值，Ii-o≤5μA）。

9.根据UL 1577，每个光耦通过施加绝缘测试电压≥6000 V rms 1秒（泄漏）进行验证测试检测电流限值，II-O≤5μA）。

10.如果适用，该试验在100%生产试验之前进行，如IEC/EN/DIN EN 60747-5-2绝缘相关特性表所示。

11.脉冲：f=20kHz，占空比=10%。

12.内部20 kΩ电阻器可通过将插脚6和7短接在一起使用。

13.由于内部电阻的公差，以及传输延迟取决于负载电阻值，因此性能可以提高使用外部20 kΩ1%负载电阻器。有关传播延迟如何随负载电阻变化的更多信息，请参见图8。

14.RL=20kΩ，CL=100pf负载代表典型的IPM（智能功率模块）负载。

15.更多信息见选项020数据表。

16.使用连接在引脚5和引脚8之间的0.1μF旁路电容器可以通过过滤电源线噪声来提高性能。

17.在同一试验条件下，任何两种装置之间的tPLH和tPHL之间的差异。（参见IPM死区时间和传播延迟规范章节。）

18.逻辑高电平中的共模瞬态抗扰度是共模脉冲VCM的最大可容忍DVCM/dt，以确保输出将保持逻辑高状态（即，VO>3.0V）。

19.逻辑低电平中的共模瞬态抗扰度是共模脉冲VCM的最大可容忍DVCM/dt，以确保输出将保持逻辑低状态（即VO<1.0V）。

20.对于任何给定的器件，脉冲宽度失真（PWD）被定义为| tPHL-tPLH |。

超高CMR性能的LED驱动电路考虑没有探测器屏蔽，光耦CMR失效的主要原因是光耦的输入侧，通过封装，到探测器IC如图所示。HCPL-4506串联使用检测器提高CMR性能具有光学透明法拉第屏蔽的集成电路将电容耦合电流从灵敏的集成电路。然而，这种屏蔽并不能消除LED和光耦输出引脚和输出接地，如所示图。这种电容耦合会引起扰动共模瞬态期间的LED电流成为屏蔽层CMR故障的主要来源光耦。高CMR的主要设计目标LED驱动电路保持LED正常工作共模瞬态期间的状态（开或关）。例如，推荐的应用电路（图），可达到15kV/微秒CMR，同时最小化组件复杂性。注意，建议在图当闸门处于高位时保持LED熄灭国家。屏蔽光耦CMR失效的另一原因直接耦合到光耦输出引脚图中的CLEDO1和CLEDO2。多种因素影响直接耦合的影响和强度包括：使用内部或外部输出上拉电阻器、LED电流设置电阻器的位置、以及连接未使用的输入包引脚，以及光耦输出电容值（CL）。为了使LED保持在适当的状态，并将直接耦合的影响降到最低，在接下来的两部分。带LED的CMR（CMRL）在共模瞬态过程中，高CMR LED驱动电路必须保持LED亮起。这是通过使LED电流过大超过输入阈值来实现的，因此它不会在瞬间拉到阈值以下。建议最小LED电流为10mA在最大值上提供足够的裕度5.0mA（见图1）以达到15kV/微秒CMR。电容式当使用内部负载电阻器时，耦合度更高（由于CLEDO2）并且需要IF=16mA才能获得10kV/微秒CMR。

LED电流整定电阻效应的放置

驱动电路在瞬变过程中保持LED亮起并与直接耦合光耦输出。例如，LED电阻图18连接到阳极。图19显示了共模时图18的交流等效电路瞬变。在图19中的a+dVcm/dt期间，电流在LED阳极（Itotal）上可用受系列限制电阻器。LED电流（IF）从其直流值减小等于流过的电流克莱普和克莱多。情况变得更糟是因为电流通过CLEDO1的作用是同时输出高（朝向CMR故障）LED电流正在减小。因为这个原因推荐的LED驱动电路（图15）将与LED阴极串联的电流设置电阻器。图20是图15的交流等效电路共模瞬态。在这种情况下，LED电流在+dVcm/dt瞬态期间不会降低，因为流过封装电容的电流由电源提供。在-dVcm/dt瞬态期间，但是，LED电流减少了流过克莱顿的电流。但是，由于电流在CLEDO1中流动，CMR性能得到了改善在负瞬变过程中，保持低输出。耦合到LED和输出引脚也受插脚1和4的连接。如果CMR受到LED开启电流扰动的限制，就像推荐的驱动电路（图15）一样，插脚1和4应连接到公共输入电路。但是，如果CMR性能受到与输出直接耦合的限制当LED熄灭时，插脚1和4应保持未连接状态。

LED熄灭时的CMR（CMRH）

高CMR LED驱动电路必须保持LED熄灭共模瞬态期间（VF≤VF（关））。例如，在图20中的a+dVcm/dt瞬态期间流经CLEDN的电流由并联LED和串联电阻的组合。只要电阻器上产生的电压小于VF（关）LED将保持熄灭，没有共模故障发生。即使LED瞬间亮起，100 pF来自引脚6-5的电容器将防止输出下降到阈值以下。推荐的LED驱动器电路（图15）在最低光耦输出电压和3V IPM在VCM=1500V的15kV/μs瞬态期间的阈值。增加一个二极管可以获得额外的裕度与电阻器并联，如虚线所示图20中的要求，通过VF下方的LED（关闭）。由于集电极驱动电路开路，如图所示在图21中，在a+dVcm/dt瞬态，不适合应用需要超高的CMRH性能。图22是共模时图21的交流等效电路瞬变。基本上所有流过的电流+dVcm/dt瞬态期间的CLEDN必须由发光二极管。CMRH故障可在dV/dt速率下发生，其中通过LED和CLEDN的电流超过了输入门槛。图23是一个替代驱动电路是否通过分流实现超高CMR性能LED处于关闭状态

IPM死区时间和传播延迟规范

HCPL-4506系列包括一个旨在帮助设计师最小化传播延迟差异的规范“死区时间”在他们的电源逆变器设计。死亡时间是高边和低边功率晶体管（图24中的Q1和Q2）关闭。任何Q1和Q2条件的重叠将导致大电流流过高低压电机轨道。为了最小化死区时间，设计师必须考虑光耦的传输延迟特性以及IPM-IGBT门极驱动的特点电路。仅考虑光耦（IPM IGBT栅极的特性驱动电路可以以同样的方式分析）知道最小和最大导通（TPHL）是很重要的。以及关闭（tPLH）传播延迟规范，优选地在期望的工作温度范围内。零死区时间的极限情况发生在对Q1的输入与对Q1的输入同时关闭时Q2打开。这种情况确定了LED1关闭和LED2打开之间的最小延迟，即与最坏情况下的光耦传播有关延迟波形，如图25所示。最低限度在图25中，当开启LED2的信号延迟（tPLH max-tPHL从LED1关闭。注意传播由于所考虑的光耦合器，用于计算PDD的延迟是在相同的温度下进行的通常安装在彼此非常接近的地方。（具体来说，前一个公式中的tPLHmax和tPHLmin与tPLHmax和tPHLmin不同，在数据中规定的全工作温度范围此延迟是指定的传输延迟差异规范的最大值。工作温度范围为-40°C至100°C的HCPL-4506系列为450ns。利用最大传播延迟LED信号延迟差异确保最小死区时间是零，但它不会告诉设计者最大死区时间是什么。最大死时间发生在一个极不可能的情况下，一个光耦合器。有最快的tPLH和最慢的tPHL在同一个换流器管段中。最大死亡在这种情况下，时间成为价差的总和在tPLH和tPHL传播延迟中，如图26所示。最大死区时间也相当于最大和最小传播之间的差值。延迟差异规格。最大死区时间（由于光电耦合器）HCPL-4506系列在-40°C至100°C的工作温度范围内为600纳秒（=450纳秒-（-150纳秒）。

接口与门模块耦合器智能期间

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