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通過光隔離放大器感應電流保護IGBT
絕緣柵雙極晶體管（IGBT）需要充分的保護以避免短路、過載和過電壓等錯誤情況所造成的損壞和故障，這些保護是確保電機驅動以及太陽能和風能發電系統等應用安全穩定電源轉換運作的重要關鍵。要檢測過電流和過載情況，需要將快速響應或快速錯誤反饋的隔離放大器應用于輸出相位和直流母線電壓檢測上。本文將討論如何使用這類器件來保護IGBT避免受到電流過高和過電壓等情況的影響。
介紹
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昂貴功率開關，這些功率器件必須以高頻率運行并且能夠承受高電壓。
隔離放大器，如圖1b中的ACPL-C79A可以和分流電阻一起工作，提供即使存在高開關噪聲情況下的電源轉換器精確電流測量。和電阻分壓器一起使用時，隔離放大器可以作為檢測直流母線電壓的精密電壓傳感器，其提供的電流和電壓信息由微控制器收集，并使用這些數據計算出反饋值以及有效控制和錯誤管理電源轉換器所需的輸出信號。
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系統總體成本，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于可由表1中所列出電流和電壓傳感器實現的部分錯誤保護功能。
為了確保錯誤狀態可以快速通過隔離屏障傳遞，使用兩個獨特的數字編碼序列代表錯誤情況，一個代表正向，一個代表負向。當檢出錯誤情況時，光通道上正常的數據傳輸會被中斷，并以錯誤編碼序列位元流取代，這兩個錯誤碼在設計上和普通編碼方式顯著不同，因此檢測器端可以在錯誤發生時立即檢出。
解碼器檢測并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），之后這個信號可以通過控制器直接禁用PWM輸入。
過載檢測
過載情況為電機電流超過驅動額定電流大小，但未達到使變頻器或電機立即損壞危險的情況，如因軸承損壞造成的電機機械過載或電機堵轉。
變頻器通常會在正常規格外加入過載規格，可允許的過載時間依溫度過熱真正造成影響的時間決定，典型的過載規格大約為處于正常負載的1.5倍達1分鐘時間長度。
ACPL-C79A可以接受±300mV全幅輸入，產品數據手冊中的數據以±200mV正常輸入范圍為基準，設計工程師擁有選擇兩個數據或之間過載閾值的靈活度。如果和正常工作電流比較，過載電流的測量精確度較不嚴格，而這正是普遍情況，那么把閾值設定在接近300mV為能夠使用完整隔離放大器動態范圍的良好選擇，然而把閾值設定在200mV則可以確保過載電流測量的精確度。決定電壓大小后，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，并依下列公式提供正比于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）。
到直流母線電壓上形成IGBT上的超高電壓浪涌，這個浪涌可能會超出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范圍。
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