絕緣柵雙極晶體管(IGBT)需要充分的保護以避免短路、過guo載zai和he過guo電dian壓ya等deng錯cuo誤wu情qing況kuang所suo造zao成cheng的de損sun壞huai和he故gu障zhang，這zhe些xie保bao護hu是shi確que保bao電dian機ji驅qu動dong以yi及ji太tai陽yang能neng和he風feng能neng發fa電dian係xi統tong等deng應ying用yong安an全quan穩wen定ding電dian源yuan轉zhuan換huan運yun作zuo的de重zhong要yao關guan鍵jian。要yao檢jian測ce過guo電dian流liu和he過guo載zai情qing況kuang

，需xu要yao將jiang快kuai速su響xiang應ying或huo快kuai速su錯cuo誤wu反fan饋kui的de隔ge離li放fang大da器qi應ying用yong於yu輸shu出chu相xiang位wei和he直zhi流liu母mu線xian電dian壓ya檢jian測ce上shang。本ben文wen將jiang討tao論lun如ru何he使shi用yong這zhe類lei器qi件jian來lai保bao護huIGBT避免受到電流過高和過電壓等情況的影響。
圖1a顯示了交流電機驅動電路中電源轉換的典型框圖，其中包含把直流母線電壓轉換為以不同頻率交流電源驅動電機的變頻器。IGBT為形成變頻器核心的功率開關，這些功率器件必須以高頻率運行並能夠承受高電壓。
隔離放大器，如圖1b中的 ACPLC79A 可ke以yi和he分fen流liu電dian阻zu一yi起qi工gong作zuo，提ti供gong即ji使shi存cun在zai高gao開kai關guan噪zao聲sheng情qing況kuang下xia的de電dian源yuan轉zhuan換huan器qi精jing確que電dian流liu測ce量liang。和he電dian阻zu分fen壓ya器qi一yi起qi使shi用yong時shi，隔ge離li放fang大da器qi可ke以yi作zuo為wei檢jian測ce直zhi流liu母mu線xian電dian壓ya的de精jing密mi電dian壓ya傳chuan感gan器qi
，其qi提ti供gong的de電dian流liu和he電dian壓ya信xin息xi由you微wei控kong製zhi器qi收shou集ji
，並bing使shi用yong這zhe些xie數shu據ju計ji算suan出chu反fan饋kui值zhi以yi及ji有you效xiao控kong製zhi和he錯cuo誤wu管guan理li電dian源yuan轉zhuan換huan器qi所suo需xu的de輸shu出chu信xin號hao。
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錯誤保護要求

變頻器中IGBT是最昂貴的器件
，因此必須盡可能提供保護。不過IGBT的保護必須以高成本效益方式進行
，市場持續尋求不會大幅度影響電機驅動係統總體成本，但能夠提供充分IGBT保護的產品。為了滿足這個需求
，IGBT柵極驅動器，如ACPL-332J和帶有保護功能的電流傳感器產品已經陸續出現在市場上。這些產品提供實現IGBT保護的高成本效益方案
，免去獨立檢測和反饋部件需求。本文的其他部分將聚焦於可由表1中所列出電流和電壓傳感器實現的部分錯誤保護功能。
IGBT過電流檢測

IGBT的過電流情況可能因相位間短路、接地短路或直通所引起，輸出相位和直流母線上的分流電阻加上隔離放大器電流感應器件提供了電流測量外的錯誤檢測功能（見圖1）。典型的IGBT短路承受時間可以達到10μs
，為(wei)了(le)確(que)保(bao)有(you)效(xiao)的(de)保(bao)護(hu)，絕(jue)對(dui)不(bu)能(neng)超(chao)出(chu)這(zhe)個(ge)限(xian)製(zhi)。在(zai)有(you)限(xian)時(shi)間(jian)內(nei)錯(cuo)誤(wu)必(bi)須(xu)被(bei)檢(jian)出(chu)，然(ran)後(hou)反(fan)饋(kui)給(gei)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)，並(bing)於(yu)時(shi)限(xian)內(nei)完(wan)成(cheng)關(guan)斷(duan)程(cheng)序(xu)。要(yao)達(da)到(dao)這(zhe)個(ge)要(yao)求(qiu)，隔(ge)離(li)放(fang)大(da)器(qi)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)方(fang)法(fa)。 例如，ACPL-C79A擁有單階躍輸入1.6μs的快速響應時間
，允許隔離放大器在短路和過載情況下獲取瞬變信息（見圖2）。中點的輸入到輸出信號傳遞延遲隻有2μs，輸出信號跟上輸入的反應時間僅2.6μs即可達到最終水平的90%。

除了快速響應時間外，ACPLC79A提供有±1%增益精確度

，0.05%的卓越非線性和60dB的信噪比(SNR)。

ACPL-C79B則提供±0.5%的更高增益精確度，ACPL-C790的增益精確度為±3%。所有ACPL-C79A係列器件都通過1230Vpeak最高工作絕緣電壓認證，並具備高達15kV/μs的共模瞬變噪聲抑製能力
，這些功能通過尺寸比標準DIP-8封裝小30%的延展型SO-8封裝提供。
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另一個例子為HCPL-788J，使用了不同的方式達到過電流檢測的快速響應（見圖3）。除了信號數輸出引腳外，它還提供了一個會在錯誤情況發生時快速由高電平變為低電平的Fault引腳指出過電流情況，這款隔離放大器提供±3%的測量精確度。
在錯誤反饋設計上，一個必須注意處理的問題是意外觸發，意外觸發為無明顯錯誤情況下產生的錯誤檢測觸發動作，可能會損壞IGBT。為了避免錯誤觸發
，HCPL-788J采用脈衝鑒別電路來有效屏蔽電流(di/dt)和電壓(dv/dt)變(bian)化(hua)浪(lang)湧(yong)的(de)影(ying)響(xiang)。這(zhe)個(ge)方(fang)法(fa)的(de)好(hao)處(chu)是(shi)抑(yi)製(zhi)能(neng)力(li)不(bu)會(hui)受(shou)到(dao)振(zhen)幅(fu)大(da)小(xiao)的(de)影(ying)響(xiang)，這(zhe)代(dai)表(biao)了(le)錯(cuo)誤(wu)閾(yu)值(zhi)可(ke)以(yi)設(she)定(ding)在(zai)低(di)上(shang)許(xu)多(duo)的(de)水(shui)平(ping)而(er)不(bu)會(hui)提(ti)高(gao)意(yi)外(wai)觸(chu)發(fa)的(de)風(feng)險(xian)。

要實現達成快速錯誤檢測的電路，錯誤檢測方塊中使用兩個比較器來檢測正向和負向閥值
，開關切換閾值等於256mV的Sigma-Delta調製器參考。這些比較器的輸出連接到消隱期為2μs的消隱濾波器，再送到編碼器方塊。

為(wei)了(le)確(que)保(bao)錯(cuo)誤(wu)狀(zhuang)態(tai)可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)通(tong)過(guo)隔(ge)離(li)屏(ping)障(zhang)傳(chuan)遞(di)
，使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)獨(du)特(te)的(de)數(shu)字(zi)編(bian)碼(ma)序(xu)列(lie)代(dai)表(biao)錯(cuo)誤(wu)情(qing)況(kuang)，一(yi)個(ge)代(dai)表(biao)正(zheng)向(xiang)
，一(yi)個(ge)代(dai)表(biao)負(fu)向(xiang)。當(dang)檢(jian)出(chu)錯(cuo)誤(wu)情(qing)況(kuang)時(shi)
，光(guang)通(tong)道(dao)上(shang)正(zheng)常(chang)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)會(hui)被(bei)中(zhong)斷(duan)，並(bing)以(yi)錯(cuo)誤(wu)編(bian)碼(ma)序(xu)列(lie)位(wei)元(yuan)流(liu)取(qu)代(dai)
，這(zhe)兩(liang)個(ge)錯(cuo)誤(wu)碼(ma)在(zai)設(she)計(ji)上(shang)和(he)普(pu)通(tong)編(bian)碼(ma)方(fang)式(shi)顯(xian)著(zhu)不(bu)同(tong)，因(yin)此(ci)檢(jian)測(ce)器(qi)端(duan)可(ke)以(yi)在(zai)錯(cuo)誤(wu)發(fa)生(sheng)時(shi)立(li)即(ji)檢(jian)出(chu)。
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解碼器檢測並把錯誤情況通過隔離屏障傳送需要的時間大約在1μs，加上400ns的抗混疊濾波器延遲帶來約1.4μs的傳播延遲。由錯誤情況發生到錯誤信號輸出的總延遲時間為傳播延遲和消隱時間2μs的總合，帶來共3.4μs的總體錯誤檢測時間（見圖4）。
Fault錯誤輸出腳位允許多個器件的錯誤信號連接在一起，使得多個器件可以通過線與(wire-ORed)方式產生單一錯誤信號輸出（見圖5右上部分），之後這個信號可以通過控製器直接禁用PWM輸入。 [page]
IGBT過載檢測

過guo載zai情qing況kuang為wei電dian機ji電dian流liu超chao過guo驅qu動dong額e定ding電dian流liu大da小xiao
，但dan未wei達da到dao使shi變bian頻pin器qi或huo電dian機ji立li即ji損sun壞huai危wei險xian的de情qing況kuang，如ru因yin軸zhou承cheng損sun壞huai造zao成cheng的de電dian機ji機ji械xie過guo載zai或huo電dian機ji堵du轉zhuan。

變(bian)頻(pin)器(qi)通(tong)常(chang)會(hui)在(zai)正(zheng)常(chang)規(gui)格(ge)外(wai)加(jia)入(ru)過(guo)載(zai)規(gui)格(ge)

，可(ke)允(yun)許(xu)的(de)過(guo)載(zai)時(shi)間(jian)依(yi)溫(wen)度(du)過(guo)熱(re)真(zhen)正(zheng)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang)的(de)時(shi)間(jian)決(jue)定(ding)
，典(dian)型(xing)的(de)過(guo)載(zai)規(gui)格(ge)大(da)約(yue)為(wei)處(chu)於(yu)正(zheng)常(chang)負(fu)載(zai)的(de)1.5倍達1分鍾時間長度。

ACPL-C79A可以接受±300mV全幅輸入，產品數據手冊中的數據以±200mV正(zheng)常(chang)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)為(wei)基(ji)準(zhun)


，設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)擁(yong)有(you)選(xuan)擇(ze)兩(liang)個(ge)數(shu)據(ju)或(huo)之(zhi)間(jian)過(guo)載(zai)閾(yu)值(zhi)的(de)靈(ling)活(huo)度(du)。如(ru)果(guo)和(he)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)比(bi)較(jiao)，過(guo)載(zai)電(dian)流(liu)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)確(que)度(du)較(jiao)不(bu)嚴(yan)格(ge)，而(er)這(zhe)正(zheng)是(shi)普(pu)遍(bian)情(qing)況(kuang)，那(na)麼(me)把(ba)閾(yu)值(zhi)設(she)定(ding)在(zai)接(jie)近(jin)300mV為能夠使用完整隔離放大器動態範圍的良好選擇，然而把閾值設定在200mV則可以確保過載電流測量的精確度。決定電壓大小後
，設計工程師必須依相對電流大小選擇合適的感應電阻值。

HCPL-788J還包含一個額外功能，也就是ABSVAL輸出，可以用來簡化過載檢測電路。ABSVAL電路可以對輸出信號進行整型
，並依下列公式提供正比於輸入信號絕對值的輸出信號：ABSVAL=|VIN|×VREFEXT/252mV

輸出當然也可以使用線與方式連接
，當結合3個正弦電機相位時，經整流的輸出ABSVAL基本上是一個代表電機RMS電流的直流信號
，這個直流信號和閾值比較器可以在電機或驅動電路受到傷害前指出過載情況（見圖5右下部分）。

IGBT過電壓檢測

直流母線電壓必須持續受到控製，在某些工作情況下

，電機作為發電機把高電壓通過變頻器的功率器件和恢複二圖5使用HCPL-788J並把錯誤檢測信號通過線與(wire-ORed)方式連接的連線圖極管送回到直流母線，這個高電壓會加到直流母線電壓上形成IGBT上的超高電壓浪湧，這個浪湧可能會超出IGBT的最大集電極到發射極電壓而造成損壞。
微型化隔離放大器ACPL-C79A經常被使用在直流母線監測應用上作為電壓傳感器

，如圖6所示。設計工程師必須通過依適當比例選擇的R1和R2電阻值調整直流母線電壓以適應隔離放大器的輸入電壓範圍。

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