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电机数字隔离器,分析光电隔离与数字隔离的比较 ,数字隔离器的优越性
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在恶劣的电机驱动环境中 使用鲁棒的数字隔离器
Brian KennedyEDN
电子技术设计 2017-03-03
在恶劣的电机应用环境中,需要鲁棒的数字隔离器。由于环境非常糟
糕,应用要求能够抵御高压瞬变,防止数据受扰,并且消除高压电压
力对隔离器隔离寿命的影响。此类应用的典型隔离解决方案是光耦合
器,其内部绝缘层很厚,可以承受高压。光耦合器的缺点是要使用发
光二极管(LED),其光强度会随着时间推移和温度变化而降低,从而
带来设计和可靠性问题。新型且更鲁棒的数字隔离器不使用 LED,消
除了可靠性问题,改善了绝缘能力,可与光耦合器相媲美。这种数字
隔离器的优势是对高压瞬变的抗扰度更强,能够更好地满足电机控制
应用的要求。本文将详细说明此类新型数字隔离器的工作原理,以及
在上述应用中其先进的功能如何胜过光耦合器。
应用
根据应用的性能和功率水平,以及具体的控制和隔离方案,电机驱动有
各种各样的系统设计。图 1 所示为逆变器或低端电机驱动器常用的隔
离通信框图。在该系统中,控制器电位与功率级相同,通信接口被隔离,
因为这通常是一个速度较低且较简单的接口。在此类系统中,功率逆变
器可能具有低端栅极驱动器,这些驱动器不需要隔离,因为其与电机控
制模块共享同一接地。高端驱动器可以隔离,但也可以使用电平转换之
类的技术,尤其是当功率逆变器电压不是太高时。在此框图中,电机控
制器不使用隔离,直接连到逆变器反馈。当功率水平较高时,使用这种
架构会有局限性。开关信号在电机上产生的额外噪声可能会淹没用来监
测电机电流的反馈信号,进而引起电机失控。
图 1:隔离通信电机控制框图。
对于较高性能驱动,如工业电机和火车牵引电机中使用的大型多相驱动,
则需要隔离控制和通信,如图 2 所示。在此系统框图中,出于抗噪和
提高通信速度的原因,控制和通信均位于隔离栅的安全侧。因为电机控
制模块位于隔离栅的安全侧,所以全部栅极驱动器都需要隔离。特定隔
离电压和安全要求由具体架构和隔离栅位置决定。在框图中,逆变器反
馈用来帮助控制电机驱动,是电机控制最重要的一个方面。如图 2 所
示,逆变器反馈连接到三相交流电机的两相中的电流测量节点 iV 和
iW。在隔离控制和通信系统图中,逆变器反馈必须跨隔离栅连接,因
而这里也需要隔离。在许多高功率电机应用中,架构会要求对三相电机
的高电压进行增强隔离,防止用户接触到高电压。此类增强隔离应用具
有极高的隔离电压要求,可能需要隔离器增大内部绝缘厚度(取决于材
料)。
图 2:隔离控制和通信电机控制框图。
绝缘
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