【導讀】電(dian)機(ji)在(zai)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)具(ju)有(you)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)

，而(er)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)的(de)趨(qu)勢(shi)是(shi)高(gao)效(xiao)率(lv)，高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)。功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)供(gong)應(ying)商(shang)不(bu)斷(duan)在(zai)導(dao)通(tong)損(sun)耗(hao)和(he)開(kai)關(guan)速(su)度(du)上(shang)實(shi)現(xian)突(tu)破(po)，推(tui)出(chu)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)等(deng)級(ji)、更小的封裝尺寸以及更短的短路耐受時間的半導體器件。並且隨著寬禁帶半導體器件成本降低


，也使得電機驅動係統逐步開始使用SiC,GaN器(qi)件(jian)。這(zhe)些(xie)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)發(fa)展(zhan)及(ji)應(ying)用(yong)使(shi)得(de)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)的(de)效(xiao)率(lv)以(yi)及(ji)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)得(de)到(dao)了(le)提(ti)高(gao)
，但(dan)也(ye)對(dui)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)
，尤(you)其(qi)過(guo)流(liu)及(ji)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。

本文將詳細介紹工業電機驅動係統中的過流現象
，以及TI隔離比較器在過流保護中的應用。

電機驅動係統中的過流類型分析

一般工業電機驅動器的應用環境複雜且相對惡劣
，可能會出現高溫、機械過載、jiaoliuxianlushunbianyijijiexiancuowudengtufazhuangkuang，zhexiekenenghuidaozhiguodadedianliuliurudianjiqudongqixitong，congerdaozhiqudongqisunhuai。dianjiqudongqixitongzhongchangjiandesanzhongguoliuxianxiangruxiatusuoshi。

圖1 橋臂直通

圖2 相對地短路

圖3 相間短路

1. 橋臂直通。電機驅動器橋臂直通可能由兩種情況導致：

   ○ 不正確的開關邏輯導致同一橋臂的兩個開關管同時開通
，這種不正確的開關邏輯可能是由控製器故障或者電磁幹擾引起的。

   ○ 其中一個開關管損壞短路，而另一個開關管保持正常開關。

2. 相對地短路。驅動器係統過溫或者過壓導致電機繞組絕緣擊穿，對地短路。這種過流現象可能會損壞電機線纜。

3. 相間短路。驅動器係統過溫或者過壓導致電機繞組絕緣擊穿，導致相對相短路。這種過流現象可能會損壞電機線纜。

相對而言，電機本體可以在較長的時間內承受一定的過流；但dan開kai關guan管guan作zuo為wei電dian機ji驅qu動dong係xi統tong中zhong最zui重zhong要yao的de組zu成cheng部bu分fen，對dui短duan路lu電dian流liu的de耐nai受shou時shi間jian隻zhi有you微wei秒miao級ji，所suo以yi有you效xiao的de過guo流liu檢jian測ce和he保bao護hu對dui電dian機ji係xi統tong的de安an全quan可ke靠kao具ju有you重zhong要yao意yi義yi。

隔離比較器在電機過流保護中的應用

目前電機驅動器係統常采用的過流檢測方案是通用比較器和隔離光耦的組合方案
，這種方案的體積大，響應時間在3～5µs之間。過去IGBT對短路耐受時間是10 µs左右，而隨著功率器件的發展革新
，短路耐受時間縮短到5 µs
，甚至1 µs。

TI的隔離比較器產品AMC23C1x具有響應速度快（290ns）
、參考閾值精度高（±1%）、體積小、功耗低等優勢。低邊側供電電壓範圍是2.7～5V，高邊側供電電壓範圍是3～27V
，高邊側的寬輸入電壓範圍使得隔離比較器的供電方式更加靈活，可以使用係統中的5V或者和驅動芯片共用電源。

TI隔離比較器產品集如下表，詳細性能信息，請參考TI官網的產品數據手冊。

以AMC23C12為例，其工作模式分為Latch和Transparent模式，可以通過芯片Latch引腳進行設置。並且正負比較器的翻轉電平Vit+和Vit-之間均存在4mV的滯環，以提高抗幹擾能力
，避免誤觸發。

圖4 功能波形圖

電機驅動器過流檢測方式主要有以下四種，其中前三種可以使用TI隔離比較器來實現。

圖5 DC_ 電流檢測

圖6 DC+ 電流檢測

圖7 相電流檢測

圖8 DESAT保護

1. DC_ 電流檢測，在DC_使用隔離運放進行電流檢測，電路設計簡單，可以實現對橋臂直通以及相間過流的保護，但是無法檢測到對地過流情況。

2. DC+ 電流檢測，在DC+使用隔離運放進行電流檢測
，可實現對橋臂直通、相間過流以及對地過流的檢測與保護
，增加係統的安全可靠性。但相對應地，需要額外的高邊電源給隔離比較器供電。

3. 相xiang電dian流liu檢jian測ce
，隔ge離li比bi較jiao器qi與yu隔ge離li運yun放fang搭da配pei使shi用yong

，對dui相xiang電dian流liu進jin行xing監jian測ce，可ke以yi實shi現xian相xiang間jian過guo流liu以yi及ji對dui地di過guo流liu檢jian測ce

，但dan是shi無wu法fa對dui橋qiao臂bi直zhi通tong進jin行xing有you效xiao檢jian測ce與yu保bao護hu。

4. DESAT保護一般集成在驅動芯片中，用於功率較大的電機驅動器係統，實現成本較高
，且無法實現對地過流保護。

以上過流檢測及保護方案可以組合使用，以實現驅動器係統的可靠安全過流保護。

綜上，隨著功率器件的短路耐受時間下降至1 µs的水平，在極短的時間內檢測並保護驅動器過流和短路情況正變得越來越重要。TI隔離比較器為實現工業電機驅動器的過流以及短路保護以及提高係統可靠性、減小係統體積提供了有效方案。

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