更换老化的栅极驱动光电耦合器会坏吗（更换老化的栅极驱动光电耦合器怎么处理）

电动机用于电梯、食品加工设备、工厂自动化、机器人、起重机……这样的例子不胜枚举。交流感应电机在此应用中很常见，并且始终通过功率级的绝缘栅双极晶体管(IGBT) 驱动。典型总线电压为200 VDC 至1,000 VDC。 IGBT 使用电子换向来实现交流感应电机所需的正弦电流。

设计电机驱动器时，首先要考虑的是保护操作重型机械的人员免受电击，其次是效率、尺寸和成本因素。虽然IGBT 可以处理驱动电机所需的高电压和电流，但它们不能提供安全隔离来防止触电。在系统中提供安全隔离的重要任务是由驱动IGBT 的栅极驱动器执行的。

光隔离栅极驱动器已成功用于驱动IGBT 并提供电流安全隔离。光隔离栅极驱动器的输入级包含单个铝砷化镓(AlGaAs) LED。输出级由光电探测器和放大器组成，后面是驱动输出的上拉和下拉晶体管。最终封装中的一层厚厚的透明硅胶将输入和输出级分开并提供安全隔离。电流驱动输入级的简单性、良好的抗噪性和安全隔离是电机驱动器制造商在几乎所有设计中使用光隔离栅极驱动器的主要原因。

然而，现代系统不断增长的需求已经突破了光隔离技术的极限。例如，共模瞬态抗扰度(CMTI) 在具有大总线电压和电流的大功率系统中起着至关重要的作用。 IGBT 需要更快地开关，以减少开关损耗并降低功耗。碳化硅(SiC) 场效应晶体管(FET) 在这些应用中越来越受欢迎，因为它们的开关速度比IGBT 更快。无论您使用IGBT 还是SiC FET 作为功率FET，更快的开关意味着更高的瞬态电压(dv/dt) 和更大的共模瞬态，这会耦合回栅极驱动器输入并破坏功率FET 栅极驱动信号。

光隔离栅极驱动器的CMTI 额定值仅为35 V/ns 至50 V/ns，这限制了功率FET 的开关速度。这会导致功率FET 消耗更多功率、效率更低、体积更大并且系统成本更高。光隔离栅极驱动器（采用具有宽带宽引脚的6 引脚小外形封装）的额定工作电压为1,414 VPK。但光电制造商不提供任何有关寿命的指导。此外，最高工作温度仅为105C (Tj=125C)，并且LED 老化效应进一步限制了光隔离栅极驱动器的应用，迫使驱动器制造商寻求替代解决方案。

UCC23513 是一款3A、5kVRMS 光学兼容单通道隔离式栅极驱动器。它采用电容隔离技术，采用6 引脚封装。德州仪器(TI) 专有的仿真二极管(e-diode) 技术构成了电流驱动输入级。与LED 不同，它不会老化。使用具有高纯度二氧化硅(SiO2) 电介质的电容器实现高压安全隔离，该电容器是半导体工艺的一部分。该工艺与制造金属氧化物半导体FET 的工艺相同。

由于半导体工艺具有极其严格的公差，因此可以极其控制SiO2 电介质的纯度和厚度。在1060VRMS (1500 VPK) 的工作电压下，器件寿命保证超过50 年，器件间差异极低，这是光隔离无法实现的。

UCC23513 的CMTI 额定值为150 V/ns，可承受极高的dv/dt，非常适合需要极快开关IGBT 以降低功率损耗并实现高系统效率的应用。 UCC23513 的最高工作温度为125C (Tj=150C)，可用于环境温度较高的系统。其他好处包括更低的传播延迟、更低的脉宽失真和更低的器件间偏差，使驱动器制造商能够提高脉宽调制频率并减少失真，同时提高系统效率。

UCC23513 具有更长的使用寿命、更高的CMTI 和更宽的温度范围，是传统光隔离栅极驱动器的全面升级。

审稿编辑：郭婷