【導讀】對於大功率工業係統（如電機驅動器和光伏逆變器）以及汽車係統（包括電動汽車 (EV) 充電器
、牽引逆變器、車載充電器和DC/DC轉換器）而言，故障檢測機製必不可少。

故障檢測通過電流、電壓和溫度測量來診斷係統內的任何交流電源線波動
、機械或電氣過載。在檢測到故障事件後，主機微控製器 (MCU) 會執行保護動作，例如關閉或修改功率晶體管的開關特性或使斷路器跳閘。

為了提高效率並減小係統尺寸，設計人員正從絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 改用寬帶隙碳化矽 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 開關晶體管，從而實現更快的開關速度 (>100kHz) 和更短的耐受時間 (<5µs)。

要yao保bao護hu功gong率lv開kai關guan晶jing體ti管guan免mian受shou故gu障zhang條tiao件jian的de影ying響xiang，首shou先xian要yao使shi用yong基ji於yu分fen流liu器qi或huo基ji於yu霍huo爾er效xiao應ying的de解jie決jue方fang案an來lai檢jian測ce過guo流liu情qing況kuang。雖sui然ran基ji於yu霍huo爾er效xiao應ying的de解jie決jue方fang案an支zhi持chi單dan模mo塊kuai方fang法fa
，但dan它ta們men的de測ce量liang精jing度du很hen低di，尤you其qi在zai溫wen度du升sheng高gao的de情qing況kuang下xia。在zai基ji於yu分fen流liu器qi或huo基ji於yu霍huo爾er效xiao應ying的de解jie決jue方fang案an之zhi間jian進jin行xing選xuan擇ze時shi，要yao考kao慮lv隔ge離li規gui格ge和he初chu級ji導dao體ti電dian阻zu等deng其qi他ta因yin素su。雖sui然ran兩liang種zhong解jie決jue方fang案an中zhong的de初chu級ji導dao體ti電dian阻zu可ke能neng會hui產chan生sheng相xiang同tong的de散san熱re量liang，但dan是shi，隨sui著zhe分fen流liu器qi技ji術shu的de改gai進jin，分fen流liu器qi現xian在zai的de電dian阻zu要yao小xiao得de多duo，從cong而er能neng夠gou更geng大da限xian度du地di減jian少shao散san熱re

，並bing在zai整zheng個ge溫wen度du和he壽shou命ming範fan圍wei內nei提ti供gong非fei常chang高gao的de精jing度du。

我們來看看幾種基於分流器的故障檢測方法：

使用隔離式放大器

圖1顯(xian)示(shi)了(le)基(ji)於(yu)分(fen)流(liu)器(qi)的(de)過(guo)流(liu)檢(jian)測(ce)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，它(ta)有(you)一(yi)個(ge)隔(ge)離(li)式(shi)放(fang)大(da)器(qi)和(he)一(yi)個(ge)非(fei)隔(ge)離(li)式(shi)比(bi)較(jiao)器(qi)。如(ru)有(you)必(bi)要(yao)
，您(nin)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)同(tong)樣(yang)的(de)隔(ge)離(li)式(shi)放(fang)大(da)器(qi)進(jin)行(xing)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)。MCU接收比較器的輸出並發送信號，從而控製柵極驅動器的使能引腳或改變進入柵極驅動器輸入的脈寬調製周期。

圖 1：使用隔離式放大器和非隔離式比較器進行故障檢測

使用隔離式放大器、基於分流器的方法為故障檢測和反饋控製提供了高測量精度
，其中的隔離式放大器可提供基本隔離或增強隔離。

然而，隔離式放大器的傳播延遲為 2µs - 3µs。根據過流檢測的延遲要求，基於隔離式放大器的方法可能不夠快。

使用隔離式調製器

如圖2所示
，可以使用隔離式調製器同時進行過流檢測和反饋控製。隔離式調製器的隔離式數據輸出 (DOUT) 以顯著更高的頻率提供由1和0組成的數字比特流。該比特流輸出的時間平均值與模擬輸入電壓成正比
，MCU內的數字濾波器重建測量信號。MCU可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)相(xiang)同(tong)的(de)比(bi)特(te)流(liu)輸(shu)出(chu)並(bing)行(xing)運(yun)行(xing)多(duo)個(ge)數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)器(qi)，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)器(qi)配(pei)置(zhi)用(yong)於(yu)高(gao)精(jing)度(du)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)，另(ling)一(yi)個(ge)數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)器(qi)配(pei)置(zhi)用(yong)於(yu)低(di)延(yan)遲(chi)過(guo)流(liu)檢(jian)測(ce)。

圖 2：使用隔離式調製器進行故障檢測

yugelishifangdaqixiangbi，caiyonggelishitiaozhiqidejiyufenliuqidefangfaweiguzhangjiancehefankuikongzhitigonglegenggaoceliangjingdu。zaizuihuaiqingkuangxia，guoliujiancedechuanboyanchikedizhi1µs。

使用標準比較器和數字隔離器

圖3xianshileyigebiaozhunfeigelishibijiaoqi，hougenyongyuguoliujiancedeshuzigeliqi
，yijiyongyufankuikongzhidegelishifangdaqihuotiaozhiqi。zaizuihuaiqingkuangxia
，guoliujiancedechuanboyanchikediyu1µs，具體取決於所選的比較器和數字隔離器。但是，分立式實施會占用更多印刷電路板 (PCB) 空間，並且對於需要更高精度的設計來說可能會變得昂貴。

圖3：使用標準比較器和數字隔離器進行故障檢測

使用隔離式比較器

圖4所(suo)示(shi)的(de)隔(ge)離(li)式(shi)比(bi)較(jiao)器(qi)通(tong)過(guo)集(ji)成(cheng)標(biao)準(zhun)比(bi)較(jiao)器(qi)和(he)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)，提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)小(xiao)巧(qiao)且(qie)超(chao)快(kuai)的(de)過(guo)流(liu)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)。您(nin)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)隔(ge)離(li)式(shi)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)隔(ge)離(li)式(shi)調(tiao)製(zhi)器(qi)進(jin)行(xing)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)。

圖 4：使用隔離式比較器進行故障檢測

AMC23C12等隔離式比較器為故障檢測提供了一種經濟高效的小尺寸解決方案。這些器件具有極低的延遲 (<400ns)，可實現更快的過流檢測。AMC23C12集成了一個用於為高端供電的寬輸入範圍（3V - 27V）低壓降穩壓器、一個單窗口比較器和一個電隔離層，與分立式實施相比
，PCB麵積減少高達50%，物料清單數量也更少。AMC23C12係列具有可調跳變閾值和低於3%的精度（在最壞情況下），可滿足日益增長的過流
、過壓、過熱
、欠壓和欠流檢測需求。

表 1 比較了各種基於分流器的故障檢測方法。

表 1：比較基於分流器的過流檢測方法

隨著提高係統彈性和采用更快的開關晶體管（如SiC和GaN）的需求激增，對準確和快速故障檢測的需求變得更加重要。AMC23C12係列隔離式比較器可快速檢測各種故障事件
，幫助設計人員開發具有更高容錯能力的高壓係統。

其他資源

•      請查看 TI 的隔離式放大器和調製器。

•      請閱讀模擬設計期刊文章“在電機驅動器中使用隔離式比較器進行過流和過壓故障檢測”。

關於德州儀器 (TI)

德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司
，致力於設計
、製造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用於工業、汽車、個人電子產品、tongxinshebeiheqiyexitongdengshichang。womenzhiliyutongguobandaotijishurangdianzichanpingengjingjishiyong，chuangzaoyigegengmeihaodeshijie。rujin，meiyidaichuangxindoujianlizaishangyidaichuangxindejichuzhishang

，shiwomendejishubiandegengxiaoqiao、更快速、更可靠、更實惠
，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。 欲了解更多信息，請訪問公司網站http://www.ti.com.cn/。

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