隔离比较器在电机驱动系统中的应用有哪些（隔离比较器在电机驱动系统中的应用研究）

电机在工业领域有着广泛的应用，电机驱动系统的发展趋势是高效率、高功率密度和高可靠性。功率半导体供应商不断在传导损耗和开关速度方面取得突破，推出具有更高电流水平、更小封装尺寸和更短短路承受时间的半导体器件。并且随着宽带隙半导体器件成本的下降，电机驱动系统逐渐开始使用SiC和GaN器件。这些功率器件的开发和应用，提高了电机驱动系统的效率和功率密度，但也对驱动系统的可靠性，特别是过流和短路保护的响应时间提出了更高的要求。

本文将详细介绍工业电机驱动系统中的过流现象以及TI隔离比较器在过流保护中的应用。

电机驱动系统过电流类型分析

一般工业电机驱动器的应用环境复杂且相对恶劣。可能会出现高温、机械过载、交流线路瞬变和接线错误等突发情况。这些可能会导致过大的电流流入电机驱动器系统，导致驱动器损坏。电机驱动系统中常见的三种过流现象如下图所示。

图1 桥臂直通图2 相地短路图3 相间短路桥臂直通。电机驱动桥臂直通可能由两种情况引起：不正确的开关逻辑导致同一桥臂的两个开关同时导通。这种不正确的切换逻辑可能是由控制器故障或电磁干扰引起的。其中一只开关管损坏短路，另一只开关管保持正常开关。比较短路。驱动系统过温或过压导致电机绕组绝缘击穿、对地短路。这种过电流可能会损坏电机电缆。相间短路。驱动系统过温或过压导致电机绕组绝缘击穿，导致相间短路。这种过电流可能会损坏电机电缆。相对而言，电机本体可以长期承受一定的过电流；然而，作为电机驱动系统最重要的部件，开关管承受短路电流的时间仅为微秒级，因此有效的过流检测和保护对于电机系统的安全可靠具有重要意义。

隔离比较器在电机过流保护中的应用

目前，电机驱动系统中常用的过流检测方案是通用比较器和隔离光耦的组合方案。该方案尺寸较大，响应时间在3 至5s 之间。过去，IGBT的短路耐受时间约为10s。但随着功率器件的发展和创新，短路承受时间已缩短至5s甚至1s。

TI 的隔离比较器产品AMC23C1x 具有响应速度快（290ns）、参考阈值精度高（1%）、尺寸小、功耗低等优点。低边电源电压范围为2.7~5V，高边电源电压范围为3~27V。高侧宽输入电压范围使得隔离比较器的供电方式更加灵活，可以使用系统中的5V或驱动芯片。共用电源。

TI 的隔离比较器产品系列如下。详细性能信息请参考TI官网的产品数据表。

料号AMC23C11AMC23C12AMC23C14描述隔离**比较器**参考隔离**窗口比较器**参考隔离**双****窗口比较器**参考通道数112输出开漏开漏开漏开漏锁存功能是是是以AMC23C12为例，其工作模式分为Latch透明模式可以通过芯片的Latch引脚设置。并且正、负比较器的翻转电平Vit+和Vit-之间有4mV的迟滞回线，以提高抗干扰能力，避免误触发。

图4 功能波形图

电机驱动器的过流检测方法主要有四种，其中前三种可以使用TI 隔离比较器来实现。

图5 DC_电流检测图6 DC+电流检测图7 相电流检测图8 DESAT保护DC_电流检测，采用隔离运放进行DC_电流检测，电路设计简单，可实现桥臂直通和直通保护相间过流，但无法检测对地过流情况。 DC+电流检测，采用隔离运放对DC+进行电流检测，可以对桥臂直通、相间过流、对地过流进行检测和保护，增加系统的安全性和可靠性。但相应地，需要额外的高侧电源来为隔离比较器供电。对于相电流检测，隔离比较器与隔离运放配合使用来监测相电流，可以检测相间过流和对地过流，但不能有效地检测和保护桥臂。 DESAT保护一般集成在驱动芯片中，用于功率较大的电机驱动系统。实施成本高，且无法实现接地过流保护。上述过流检测和保护方案可以组合使用，实现驱动系统可靠、安全的过流保护。

综上所述，随着功率器件的短路承受时间降至1 s水平，在极短的时间内检测和保护驱动器过流和短路状况变得越来越重要。 TI 隔离比较器为工业电机驱动器的过流和短路保护提供有效的解决方案，并提高系统可靠性并减小系统尺寸。

作者：程多多