如何保护电机驱动器和可再生能源系统中的IGBT
电源转换
电源转换电路经常应用于电机驱动器或可再生能源的电源转换上，设计中包含可以将直流母线电压转换为交流电压的逆变器，用来推动电机或连接到可再生能源系统的电网。
图1：交流─直流─交流转换器功能框图。
[图说]
Rectifier AC-DC = AC-DC整流器
HCPL-788J/ACPL-785J CURRENT SENSOR = HCPL-788J/ACPL-785J电流传感器
ACPL-C78A VOLTAGE SENSOR = ACPL-C78J电压传感器
GATE DRIVE ACPL-322J = ACPL-322J栅极驱动器
Micro-Controller = 微控制器
Inverter DC-AC = DC-AC电源逆变器
HCPL-788J/ACPL-785J CURRENT SENSOR,3x = 3组HCPL-788J/ACPL-785J电流传感器
电源转换器的核心为以高频率运行，并且可以承受高直流母线电压，价格昂贵的功率器件，如IGBT，这些功率器件提供的效率和可靠性是系统发挥极大化性能的重要关键。
光电耦合器经常应用于这类系统中以提供控制电路和高直流母线电压间的安全电气隔离，这些器件通常也拥有高共模噪声抑制(CMR, Common Mode Rejection)能力以避免IGBT在高噪环境下被错误驱动。
因为可以提供高输出电流进行精密开关动作并达到高功率转换效率，栅极驱动光电耦合器广泛应用于IGBT的驱动上，高性能栅极驱动光电耦合器，如安华高科技公司(Avago Technologies)的ACPL-332J由于集成包括VCE 去饱合检测、UVLO欠压锁定、IGBT软关断、隔离集电极开路错误反馈和有源米勒箝位等功能，因此提供了保护IGBT一个紧凑且高成本效益的解决方案。
隔离放大器搭配上分流电阻提供了甚至在高开关噪声情况下的精确电流测量，除了电流感应外，这些器件内置的短路和过载检测功能更可以带来一个响应快速、高成本效益并且易于实现的故障检测解决方案。
表1列出了可能造成IGBT或电源转换器损坏的各种情况。
表1：各种需要错误保护的情况。
UVLO欠压锁定
ACPL-332J栅极驱动光电耦合器提供有欠压锁定(UVLO, Under Voltage Lock-Out)功能，透过强迫器件在启动时为低电压输出以避免不足的栅极电压。IGBT通常需要大约15V的栅极电压以达到规格要求的VCE(SAT)饱和电压，如果电压低于12V，IGBT可能会在线性区工作，使得VCE(SAT)饱和电压会在较大电流时大幅度提高，造成温度过高问题，在这种情况下，光电耦合器的UVLO欠压锁定功能就可以避免输出在栅极驱动器电源电压不足时导通IGBT。
图2：典型的IGBT工作区。
[图说]
Collector Current IC(A) = 集电极电流IC (A)
Saturation Region = 饱和区
Linear region = 线性区
Collector-Emitter Voltage VCE (V) = 集射极电压VCE (V)
去饱合检测和IGBT软关断
错误检测功能监测IGBT的 VCE(SAT) 电压，并于集电极电压进入去饱和区并超出预先设定的阀值时触发本地的错误保护关机程序，去饱和可以由接线错误引起的相位或轨电源短路、计算错误造成控制信号失效以及因负载引发的过载情况，或是栅极驱动电路中的零组件问题造成，在去饱和情况下，IGBT的电流和功耗会大幅度增加，造成IGBT过热，进而可能引发灾难性的故障。
图3：具备去饱和检测和有源米勒箝位功能的ACPL-332J。
IGBT的集射极电压 VCE由器件的DESAT引脚 (pin 14) 监测，当发生短路且VCE电压超过内部设定的去饱和错误检测阀值电压(7V)时，器件会启动受到控制的软关断动作以避免过大的电流变化(di/dt)造成电压短时脉冲，在此同时，内部的隔离反馈通道会拉低FAULT引脚 (pin 3) 输出告知微控制器发生错误情况。
米勒箝位
IGBT工作时一个常见的问题是米勒电容所引起的寄生导通问题，在关断时IGBT上如果发生电压变化(dVCE/dt)，S2将会形成因本身寄生米勒电容 CCG 所引发的电流，这个电流流过栅极电阻RG 和内部电阻RDRIVER，造成IGBT栅极到射极上的压降，如果这个电压超过IGBT的栅极阀值电压，那么就可能造成S2的寄生导通，引起电流击穿问题。
4：(a)IGBT因米勒电容造成的寄生导通，(b)有源米勒箝位可以对寄生米勒电流进行分流。
[图说]
DRIVER = 驱动器
Miller Capacitor = 米勒电容
Gate Voltage Spike! = 栅极电压短时脉冲!
High dV/dt = 高dV/dt电压变化
Shoot Through! = 击穿!
DRIVER = 驱动器
Miller Capacitor = 米勒电容
Low resistant path to shunt the parasitic Miller current = 对寄生米勒电流进行分流的低阻值路径
High dV/dt = 高dv/dt电压变化
为了避免不必要的IGBT导通，ACPL-332J栅极驱动光电耦合器中加入了米勒箝位功能，可以在关断时监测栅极电压并在低于
- 基于小功率三极管管脚自动判断电路设计(05-16)
- Panasonic电工PhotoMOS MOSFET输出光电耦合器的概要(11-13)
- 使用经认证隔离器件确保安全的系统运行(09-21)
- IGBT和MOSFET器件的隔离驱动技术(03-15)
- 贴片式光电耦合器原理及其应用(12-23)
- Panasonic 电工PhotoMOS MOSFET输出光电耦合器的概要(08-11)
- 妤傛ḿ楠囩亸鍕暥瀹搞儳鈻肩敮鍫濆悋閹存劕鐓跨拋顓熸殌缁嬪顨滅憗锟�
閸忋劍鏌熸担宥咁劅娑旂姴鐨犳０鎴滅瑩娑撴氨鐓＄拠鍡礉閹绘劕宕岄惍鏂垮絺瀹搞儰缍旈懗钘夊閿涘苯濮幃銊ユ彥闁喐鍨氶梹澶歌礋娴兼ḿ顫呴惃鍕殸妫版垵浼愮粙瀣瑎...
- 娑擃厾楠囩亸鍕暥瀹搞儳鈻肩敮鍫濆悋閹存劕鐓跨拋顓熸殌缁嬪顨滅憗锟�
缁箖鈧拷30婢舵岸妫亸鍕暥閸╃顔勭拠鍓р柤閿涘奔绗撶€硅埖宸跨拠鎾呯礉閸斺晛顒熼崨妯烘彥闁喕鎻崚棰佺娑擃亜鎮庨弽鐓庣殸妫版垵浼愮粙瀣瑎閻ㄥ嫯顩﹀Ч锟�...
- Agilent ADS 閺佹瑥顒熼崺纭咁唲鐠囧墽鈻兼總妤勵棅
娑撴挸顔嶉幒鍫ｎ嚦閿涘苯鍙忛棃銏ｎ唹鐟欘枃DS閸氬嫮顫掗崝鐔诲厴閸滃苯浼愮粙瀣安閻㈩煉绱遍崝鈺傚亶閻€劍娓堕惌顓犳畱閺冨爼妫跨€涳缚绱癆DS...
- HFSS鐎涳缚绡勯崺纭咁唲鐠囧墽鈻兼總妤勵棅
鐠у嫭绻佹稉鎾愁啀閹哄牐顕抽敍灞藉弿闂堛垼顔夐幒鍦欶SS閻ㄥ嫬濮涢懗钘夋嫲鎼存梻鏁ら敍灞藉簻閸斺晜鍋嶉崗銊╂桨缁崵绮洪崷鏉款劅娑旂姵甯夐幓顡嶧SS...
- CST瀵邦喗灏濆銉ょ稊鐎广倕鐓跨拋顓熸殌缁嬪顨滅憗锟�
閺夊孩妲戝ú瀣╁瘜鐠佽绱濋崗銊╂桨鐠佸弶宸緾ST閸氬嫰銆嶉崝鐔诲厴閸滃苯浼愮粙瀣安閻㈩煉绱濋崝鈺傚亶韫囶偊鈧喕鍤滅€涳附甯夐幓顡塖T鐠佹崘顓告惔鏃傛暏...
- 鐏忓嫰顣堕崺铏诡攨閸╃顔勭拠鍓р柤
娑撳洣绗€妤傛ɑ銈奸獮鍐叉勾鐠у嚖绱濇潻娆庣昂鐠囧墽鈻兼稉杞扮稑閸︺劌鐨犳０鎴炲Η閺堫垶顣崺鐔枫亣鐏炴洘瀚甸懘姘剧礉閹垫挷绗呴崸姘杽閻ㄥ嫪绗撴稉姘唨绾偓...
- 瀵邦喗灏濈亸鍕暥濞村鍣洪幙宥勭稊閸╃顔勭拠鍓р柤閸氬牓娉�
鐠愵厺鎷遍崥鍫ユ肠閺囨潙鐤勯幆鐙呯礉缂冩垵鍨庨妴渚€顣剁拫鍙樺崕閵嗕胶銇氬▔銏犳珤閵嗕椒淇婇崣閿嬬爱閿涘本鍨滅憰浣圭壉閺嶉绨块柅锟�...
