工业电机驱动器的全部市场前景是对更效率高及其可信性和可靠性的规定持续提升，输出功率半导体元器件生产商持续在通断耗损和定时开关上寻找提升。相关提升绝缘层栅极双旋光性晶体三极管(IGBT)通断耗损的一些衡量选择是：高些的短路容量脉冲信号、更小的芯片尺寸，及其更低的热导率和短路故障承受時间。这突显了栅极控制器电源电路及其过电流检验和维护作用的必要性。
今日大家会探讨当代工业电机驱动器中取得成功靠谱地完成过流保护的难题，另外出示三相电机操纵运用中防护式栅极控制器的试验性实例。
工业生产自然环境中的短路故障
工业电机控制器的办公环境相对性极端，很有可能出現高溫、沟通交流路线瞬变、机械设备负载、布线不正确及其其他突发性状况。在其中一些恶性事件很有可能会造成 很大的过电流注入直流伺服电机的输出功率电源电路中。图1显示信息了三种典型性的短路故障恶性事件。
工业电机驱动器中三种典型性的短路故障恶性事件：
逆变电源直达。这可能是因为有误打开在其中一条逆变电源桥臂的2个IGBT所造成 的，而这类状况又很有可能是由于遭到了干扰信号或控制板常见故障。它也很有可能是由于臂上的在其中一个IGBT损坏/常见故障造成 的，而一切正常的IGBT维持电源开关姿势。
相对性相短路故障。这很有可能是由于特性降低、溫度过高或过压恶性事件造成 电机绕组中间产生绝缘层穿透所造成的。
火线零线对地短路故障。这一样很有可能是由于特性降低、溫度过高或过压恶性事件造成 电机绕组和电机风罩中间产生绝缘层穿透所造成的。
一般而言，电动机可在相对性较长的時间内(ms到秒，实际在于电动机规格和种类)消化吸收非常高的电流量；殊不知，IGBT——工业电机驱动器逆变电源级的关键一部分——短路故障承受時间为分秒级。
IGBT短路故障承受工作能力
IGBT短路故障承受時间两者之间跨导或增益值及其IGBT集成ic热导率相关。高些的增益值造成 IGBT内的短路容量高些，因而显而易见增益值较低的IGBT具备较低的短路故障脉冲信号。殊不知，较功率放大一样会造成 较低的通态通断耗损，因此务必做出衡量选择。
IGBT技术性的发展趋势已经促使提升短路容量脉冲信号，但减少短路故障承受時间这一发展趋势。除此之外，技术性的发展造成 应用芯片尺寸更小，变小了控制模块规格，但减少了热导率，以致承受時间进一步减少。此外，还与IGBT集电结-发射极工作电压有非常大关联，因此工业生产驱动器趋于高些直流电总相电压脉冲信号的并行处理发展趋势进一步减缩了短路故障承受時间。以往，这一时间范畴是10μs，但近些年的发展趋势是在往5μs及其一些标准下低至1μs方位发展趋势。除此之外，不一样元器件的短路故障承受時间也是有很大的不一样，因而针对IGBT维护电源电路来讲，一般 提议内建超过额定值短路故障承受時间的附加裕量。
IGBT过电流保护
不管出自于经济损失還是安全性层面的考虑，对于过电流标准的IGBT维护全是可靠性指标的根本所在。IGBT并不是是一种故障安全元器件，他们若出現常见故障则很有可能造成 直流电系统总线电容器发生爆炸，并使全部驱动器出現常见故障。过电流保护一般通过电流量精确测量或去饱和状态检验来完成。
针对电流量精确测量来讲，逆变电源臂和相位差輸出都必须例如分离电阻器等精确测量元器件，便于应对直达常见故障和电机绕组常见故障。控制板和/或栅极控制器中的迅速实行振荡电源电路务必立即关闭IGBT，避免超过短路故障承受時间。这类方式 的较大 益处是它规定在每一个逆变电源臂上各配置2个精确测量元器件，并配置一切有关的脉冲调制和防护电源电路。只需要在正直流电系统总线路线和负直流电系统总线路线上加上分离电阻器就可以减轻这类状况。殊不知，在许多状况下，驱动器构架中要不存有臂分离电阻器，要不存有相位差分离电阻器，便于为电流量操纵环路服务项目，并出示电动机过电流保护；他们一样很有可能用以IGBT过电流保护——前提条件是脉冲调制的响应速度充足快，能够在规定的短路故障承受時间内维护IGBT。
去饱和状态检验运用IGBT自身做为电流量精确测量元器件。电路原理图中的二极管保证IGBT集电结-发射极工作电压在通断期内仅遭受检验电源电路的监管；一切正常工作中时，集电结-发射极工作电压极低(典型值为1V至4V)。殊不知，假如产生短路故障恶性事件，IGBT集电结电流量升高到驱动器IGBT撤出饱和状态区并进到线形工作区域的脉冲信号。这造成 集电结-发射极工作电压迅速上升。所述一切正常工作电压脉冲信号能用来表明存有短路故障，而去饱和状态振荡阀值脉冲信号一般 在7V至9V地区内。关键的是，去饱和状态还可表明栅极-发射极工作电压过低，且IGBT未彻底驱动器至饱和状态区。开展去饱和状态检验布署时要细心，以防误触发。这特别是在很有可能产生在IGBT并未彻底进到饱和时，从IGBT关闭情况变换到IGBT通断情况期内。圆化時间一般 在打开数据信号和去饱和状态检验激话時刻中间，以防止误检。一般 还会继续添加电流源电池充电电容器或RC过滤器，便于在检验体制中造成短暂性的稳态值，过虑噪音捡取造成 的过滤器杂散振荡。挑选这种过滤器元器件时，需要在噪音抗扰度和IGBT短路故障承受時间内采取行动这彼此之间开展衡量。
检验到IGBT过电流后，进一步的挑戰就是关掉处在异常高电流量脉冲信号情况的IGBT。一切正常工作中标准下，栅极控制器设计方案为可以尽量迅速地关掉IGBT，便于较大 水平减少开关损耗。它是根据较低的控制器特性阻抗和栅极驱动器电阻器来完成的。假如对于过电流标准释放一样的栅极关闭速度，则集电结-发射极的di/dt可能大许多，由于在较短的時间内电流量转变很大。因为线焊和PCB布线杂散电感器造成 的集电结-发射极电源电路内寄生电感器很有可能会使很大的过压电式平一瞬间抵达IGBT(由于VLSTRAY=LSTRAY×di/dt)。因而，在去饱和状态恶性事件产生期内，关闭IGBT时，出示特性阻抗较高的关闭途径很重要，那样能够减少di/dt及其一切具备潜在性毁灭性的过压电式平。
除开系统异常造成 的短路故障，瞬间逆变电源直达一样会产生在一切正常工作中标准下。这时，IGBT通断规定IGBT驱动器至饱和状态地区，在该地区中导通耗损最少。这一般 代表着通断情况时的栅极-发射极工作电压超过12V。IGBT关闭规定IGBT驱动器至工作中截至地区，便于在高档IGBT通断时取得成功隔绝两边的反方向高电压。正常情况下讲，能够根据使IGBT栅极-发射极工作电压降低至0V完成该总体目标。可是，务必考虑到逆变电源臂上中低端晶体三极管通断时的不良反应。通断时开关节点工作电压的迅速转变造成 溶性感应电动势穿过中低端IGBT内寄生密勒栅极-集电结电容器(图3中的CGC)。该电流量穿过中低端栅极控制器（图3中的ZDRIVER）关闭特性阻抗，在中低端IGBT栅极发送极端化造就出一个瞬变工作电压提升，如下图所示。假如该工作电压升高至IGBT阈值电压VTH之上，则会造成 中低端IGBT的短暂性通断，进而产生暂态逆变电源臂直达——由于2个IGBT都短暂性通断。这一般不容易毁坏IGBT，但却能提升功能损耗，危害可信性。
一般而言，有二种方式 能够处理逆变电源IGBT的磁感应通断难题——应用双旋光性开关电源和/或附加的斯泰格箝位。在栅极控制器防护端接纳双旋光性开关电源的工作能力为感应电压瞬变出示了附加的裕量。比如，–7.9V负开关电源轨表明必须超过8.9V的感应电压瞬变才可以磁感应杂散导通。这得以避免杂散导通。另一种方式 是在进行关闭变换后的一段时间内减少栅极控制器电源电路的关闭特性阻抗。这称之为斯泰格箝位电源电路。溶性电流量如今流过较低特性阻抗的电源电路，接着减少工作电压瞬变的力度。对于通断与关闭选用非对称加密栅极电阻器，便能为电源开关速度操纵出示附加的协调能力。全部这种栅极控制器作用都对全部系统软件的可信性与高效率有正脸危害。
试验实例
试验设定选用三相逆变电源，该逆变电源由沟通交流电压根据半波整流器供电系统。尽管系统软件最大可选用800V的直流电总相电压，但本例中的直流电总相电压为320V。一切正常工作中时，0.5HP感应电机由开环传递函数V/Hz操纵驱动器。IGBT选用InternationalRectifier出示的1200V、30AIRG7PH46UDPBF。控制板选用ADI的ADSP-CM408FCortex®-M4F混和信号转换器。应用防护式Σ-ΔAD7403解调器开展相位差电流量精确测量，应用ADuM4135完成防护式栅极驱动器(它是一款带磁防护式栅极控制器商品，集成化去饱和状态检验、斯泰格箝位和其他IGBT维护作用)。在电动机相位差中间，或在电动机相位差和负直流电系统总线中间手动式电源开关短路故障，开展短路故障检测。本例中未检测短路故障至地。
控制板和电源板如图所示5所显示。他们均为ADI企业的ADSP-CM408FEZ-kit®和EV-MCS-ISOINVEP-Z防护式逆变电源服务平台。
试验硬件配置中，根据多种多样方式 完成IGBT过电流和过流保护。他们分别是：
直流电系统总线电流量检验(逆变电源直达常见故障)
电动机相位差电流量检验(电机绕组常见故障)
栅极控制器去饱和状态检验(全部常见故障)
针对直流电系统总线电流量检验电源电路，务必加一个中小型过滤器，防止误开启，由于直流电系统总线电流量因为潜在性的高噪音电流量而时断时续。选用具备3μs时间参量的RC过滤器。检验到过电流后，其他相关IGBT关闭的延迟时间是根据运放电路、电压比较器、信号隔离器、ADSP-CM408F中的振荡响应速度，及其栅极控制器散播延迟时间。这会附加提升0.4μs，促使常见故障至关闭的总延迟时间为3.4μs——远小于许多IGBT的短路故障稳态值。
相近的时钟频率一样适用选用AD7403及其ADSP-CM408FCPU上集成化负载检验sinc过滤器的电动机相位差电流量检验。选用稳态值为3μs上下的sinc过滤器可优良运行。在这类状况下，其他系统软件延迟时间的缘故仅会是振荡数据信号內部路由器至PWM模块及其存有栅极控制器散播延迟时间，由于负载sinc过滤器是CPU的內部元器件。连在电流量检验电源电路或迅速数字滤波器的反应速度，不管应用哪种方式 ，二种状况下的ADuM4135稍短散播延迟时间对完成合理的迅速过电流保护十分关键。
安全通道1：栅极-发射极工作电压10V/div；
安全通道2：来源于控制板的PWM信号9V/div；
安全通道3：低电频合理振荡数据信号9V/div；100ns/div
栅极控制器去饱和状态检验比上文叙述的过电流检验方式 实行速率快得多，且针对限定短路容量所容许升高的限制很重要，进而提高了系统软件的总体可靠性，并超出了能够完成的水平，就算系统软件含有迅速过电流保护作用。这显示信息在图7中。当产生常见故障时，电流量迅速升高——实际上，电流量远超图上所显示，由于图上以带宽控制20A电流量探头开展精确测量，仅作参考。去饱和状态工作电压做到9V跳变电器平，栅极控制器刚开始关闭。显而易见，短路故障的全部延迟时间不够400ns。电流量的长尾关键词表明正下方IGBT反串联二极管中的续流造成 的感应电流能。打开时，去饱和状态工作电压的原始提升是杂消散饱和状态检验感应电动势的一个事例，它是因为集电结-发射极工作电压暂态所造成 。能够根据提升去饱和状态过滤器稳态值，进而提升附加的圆化時间而清除。
发射极工作电压。因为去饱和状态维护期内，关闭的特性阻抗很大，因而原始可控过冲约为320VDC总相电压之上80V。电流量在中下游反串联二极管中流动性，而电源电路内寄生事实上促使工作电压过冲略高，最大约为420V。
安全通道1：栅极-发射极工作电压9V/div；
安全通道2：来源于控制板的PWM信号9V/div；
安全通道3：集电结-发射极工作电压100V/div；200ns/div
伴随着IGBT的短路故障承受時间降低至1μs的水准，在非常短的時间内检验并关闭过电流和短路故障正越来越愈来愈关键。工业电机驱动器的可信性与IGBT维护电源电路有非常大的关联。文中列举了一些解决这个问题的方式 ，并出示了试验結果，注重了平稳防护式栅极控制器IC（例如多通道栅极控制器的ADuM4135）的使用价值。
