通过光隔离放大器感应电流保护IGBT

图2：具备1.6us快速瞬态响应的ACPL-C79A可以跟踪过载和短路电流


图3：在HCPL-788J中，差分输入电压通过sigma-delta模数转换器进行数字化编码后送给LED驱动器，接着通过隔离屏障送到检测器，并利用数模转换器把数据回复为电压和错误信号。

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旳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，请参考图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，请参考图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。


图4：HCPL-788J隔离放大器错误检查时间图。


图5：使用HCPL-788J并把错误检查信号通过线与（wire-ORed）方式连接的连接图。

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，例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。

Avago的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阀值的灵活度。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，那幺把阀值设定在接近300mV为能够使用完整隔离放大器动态范围的良好选择，然而把阀值设定在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。

Avago的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：


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，这个直流信号和阀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，请参考图5右下部分。

过电压检测
直流母线电压必须持续受到控制，在某些工作情况下，电机作为发电机把高电压通过变频器的功率器件和回复二极管送回到直流母线，这个高电压会加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。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。

总结
除了原有电流或电压感应功能外，Avago公司的隔离放大器提供了保护IGBT免于遭受过电流、过载和过电压情况的有效方法。使用ACPL-C79A隔离放大器搭配功能多样的栅极驱动器，如ACPL-332J可以实现高成本效益的充分IGBT保护方案。