保护马达驱动器与可再生能源系统中的IGBT的解析

　电源转换电路经常被应用在马达驱动器或可再生能源的功率转换上，设计中包括可以将直流电压转换为交流电压的电源转换器，以便用来推动马达或连接到可再生能源系统的电网（图1）。
　　
　　图1，交流-直流-交流转换器功能框图。
　　电源转换器的核心是以高频率运作，能够承受高直流电压、价格昂贵的功率组件，例如IGBT，这些功率组件提供的效率与可靠度是系统发挥最大化效能的关键。
　　光耦合器通常被应用在这类系统中来提供控制电路与高直流电压间的安全电气隔离，这些组件通常也拥有高共模噪声抑制（CMR， Common Mode Rejection）能力，以避免IGBT在高噪声环境下被错误驱动。
　　由于能够提供高输出电流进行精密切换动作并达成高功率转换效率，栅极驱动光耦合器被广泛应用在IGBT的驱动上。高效能栅极驱动光耦合器，如安华高公司（Avago Technologies）的ACPL-332J由于整合了包括VCE去饱合侦测、UVLO电压过低锁定、和缓关断、隔离开集极错误回授以及主动式米勒箝位等功能，因此提供了一个保护IGBT的精简且低成本解决方案。
　　隔离放大器搭配上分流电阻提供了甚至在高切换噪声情况下精确的电流测量，除了电流感测外，这些组件内建的短路与过载侦测功能可以带来一个响应快速、高成本效益并且容易实现的错误侦测解决方案。
　　
　　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电压过低锁定
　　ACPL-332J栅极驱动光耦合器具有电压过低锁定（UVLO， Under Voltage Lock-Out）功能，通过强制组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可能会在线性区运作（图2），使得VCE（SAT）饱和电压会在较大电流时大幅提高，造成温度过高问题，在这种情况下，光耦合器的UVLO电压过低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。