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通过光隔离放大器感应电流保护IGBT
绝缘栅双极晶体管（IGBT）需要充分的保护以避免短路、过载和过电压等错误情况所造成的损坏和故障，这些保护是确保电机驱动以及太阳能和风能发电系统等应用安全稳定电源转换运作的重要关键。要检测过电流和过载情况，需要将快速响应或快速错误反馈的隔离放大器应用于输出相位和直流母线电压检测上。本文将讨论如何使用这类器件来保护IGBT避免受到电流过高和过电压等情况的影响。
介绍
图1a显示了交流电机驱动电路中电源转换的典型框图，其中包含把直流母线电压转换为以不同频率交流电源驱动电机的变频器。IGBT为形成变频器核心的昂贵功率开关，这些功率器件必须以高频率运行并且能够承受高电压。
隔离放大器，如图1b中的ACPL-C79A可以和分流电阻一起工作，提供即使存在高开关噪声情况下的电源转换器精确电流测量。和电阻分压器一起使用时，隔离放大器可以作为检测直流母线电压的精密电压传感器，其提供的电流和电压信息由微控制器收集，并使用这些数据计算出反馈值以及有效控制和错误管理电源转换器所需的输出信号。
不过IGBT的保护必须以高成本效益方式进行，市场持续寻求不会大幅度影响电机驱动系统总体成本，但能够提供充分IGBT保护的产品。为了满足这个需求，IGBT栅极驱动器，如ACPL-332J和带有保护功能的电流传感器产品已经陆续出现在市场上。这些产品提供实现IGBT保护的高成本效益方案，免去独立检测和反馈部件需求。本文的其他部分将聚焦于可由表1中所列出电流和电压传感器实现的部分错误保护功能。
为了确保错误状态可以快速通过隔离屏障传递，使用两个独特的数字编码序列代表错误情况，一个代表正向，一个代表负向。当检出错误情况时，光通道上正常的数据传输会被中断，并以错误编码序列位元流取代，这两个错误码在设计上和普通编码方式显著不同，因此检测器端可以在错误发生时立即检出。
解码器检测并把错误情况通过隔离屏障传送需要的时间大约在1μs，加上400ns的抗混叠滤波器延迟带来约1.4μs的传播延迟。由错误情况发生到错误信号输出的总延迟时间为传播延迟和消隐时间2μs的总合，带来共3.4μs的总体错误检测时间（见图4）。
Fault错误输出脚位允许多个器件的错误信号连接在一起，使得多个器件可以通过线与（wire-ORed）方式产生单一错误信号输出（见图5右上部分），之后这个信号可以通过控制器直接禁用PWM输入。
过载检测
过载情况为电机电流超过驱动额定电流大小，但未达到使变频器或电机立即损坏危险的情况，如因轴承损坏造成的电机机械过载或电机堵转。
变频器通常会在正常规格外加入过载规格，可允许的过载时间依温度过热真正造成影响的时间决定，典型的过载规格大约为处于正常负载的1.5倍达1分钟时间长度。
ACPL-C79A可以接受±300mV全幅输入，产品数据手册中的数据以±200mV正常输入范围为基准，设计工程师拥有选择两个数据或之间过载阈值的灵活度。如果和正常工作电流比较，过载电流的测量精确度较不严格，而这正是普遍情况，那么把阈值设定在接近300mV为能够使用完整隔离放大器动态范围的良好选择，然而把阈值设定在200mV则可以确保过载电流测量的精确度。决定电压大小后，设计工程师必须依相对电流大小选择合适的感应电阻值。
HCPL-788J还包含一个额外功能，也就是ABSVAL输出，可以用来简化过载检测电路。ABSVAL电路可以对输出信号进行整型，并依下列公式提供正比于输入信号绝对值的输出信号：
ABSVAL=|VIN|×VREFEXT/252mV
输出当然也可以使用线与方式连接，当结合3个正弦电机相位时，经整流的输出ABSVAL基本上是一个代表电机RMS电流的直流信号，这个直流信号和阈值比较器可以在电机或驱动电路受到伤害前指出过载情况（见图5右下部分）。
到直流母线电压上形成IGBT上的超高电压浪涌，这个浪涌可能会超出IGBT的最大集电极到发射极电压而造成损坏。
微型化隔离放大器ACPL-C79A经常被使用在直流母线监测应用上作为电压传感器，如图6所示。设计工程师必须通过依适当比例选择的R1和R2电阻值调整直流母线电压以适应隔离放大器的输入电压范围。
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