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(hu)IGBT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 keyihefenliudianzuyiqigongzuo，tigongjishicunzaigaokaiguanzaoshengqingkuangxiadedianyuanzhuanhuanqijingquedianliuceliang。hedianzufenyaqiyiqishiyongshi
，gelifangdaqikeyizuoweijiancezhiliumuxiandianyadejingmidianyachuanganqi

，qitigongdedianliuhedianyaxinxiyouweikongzhiqishouji，bingshiyongzhexieshujujisuanchufankuizhiyijiyouxiaokongzhihecuowuguanlidianyuanzhuanhuanqisuoxudeshuchuxinhao。
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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
，weilequebaoyouxiaodebaohu，jueduibunengchaochuzhegexianzhi。zaiyouxianshijianneicuowubixubeijianchu，ranhoufankuigeiweikongzhiqi
，bingyushixianneiwanchengguanduanchengxu。yaodadaozhegeyaoqiu，gelifangdaqikeyishiyongbutongdefangfa。 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。

weilequebaocuowuzhuangtaikeyikuaisutongguogelipingzhangchuandi，shiyonglianggedutedeshuzibianmaxuliedaibiaocuowuqingkuang，yigedaibiaozhengxiang，yigedaibiaofuxiang。dangjianchucuowuqingkuangshi，guangtongdaoshangzhengchangdeshujuchuanshuhuibeizhongduan，bingyicuowubianmaxulieweiyuanliuqudai
，zhelianggecuowumazaishejishangheputongbianmafangshixianzhubutong，yincijianceqiduankeyizaicuowufashengshilijijianchu。
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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de1.5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jin300mV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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