數(shù)字隔離器在工業(yè)電機驅(qū)動應用中的優(yōu)勢
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安全標準通常規(guī)定1分鐘耐壓額定值(典型值2.5 kV rms至5 kV rms)和工作電壓(典型值125 V rms至400 V rms)。某些標準也會規(guī)定更短的持續(xù)時間、電壓浪涌(如10 kV峰值并持續(xù)50 μs)作為增強絕緣認證的一部分要求。聚合物/聚酰亞胺隔離器可提供最好的隔離特性(見表1)。
表1. 隔離材料性能比較
聚酰亞胺數(shù)字隔離器與光耦合器類似，在典型工作電壓下，工作壽命超過電機，額定使用壽命為50年。SiO2隔離器的工作壽命與之接近，但是，對高能浪涌的保護能力卻較弱。
在高溫連續(xù)使用的情況下，影響光耦合器壽命的可能不是隔離材料的分解而是LED磨損。當溫度>85℃時，工作1萬小時，光耦合器的電流傳輸比(CTR)將下降10%至20%。10萬小時時，CTR可能會下降一半或以上。
集成可能性
光耦合器LED和優(yōu)化的光檢波器不兼容低成本CMOS技術(shù)。要集成帶去飽和檢測功能的柵極驅(qū)動、用∑-△ADC實現(xiàn)隔離電流檢測以及多向數(shù)據(jù)流等其他功能，就必須采用多芯片解決方案，結(jié)果將使帶這些功能的光耦合器變得非常昂貴。采用CMOS技術(shù)和隔離式變壓器的數(shù)字隔離器可以隨著集成度的提高而自然而然地添加這些功能。由于變壓器也可用來發(fā)射隔離功率，因此，可從相同的封裝發(fā)射高端功率，而無需會給某些應用帶來問題的自舉。目前，市場上有基于變壓器的數(shù)字隔離器，在單個封裝中集成了dc/dc轉(zhuǎn)換器、∑-△ ADC、柵極驅(qū)動器、I2C、RS-485收發(fā)器、RS-232收發(fā)器和CAN收發(fā)器，使電機控制系統(tǒng)同時實現(xiàn)了尺寸和成本的優(yōu)化。
實用的應用電路
展示了柵極驅(qū)動、通信和反饋信號隔離的典型驅(qū)動電路如圖4所示。在該系統(tǒng)中，隔離的∑-△ ADC用來測量電機繞組電流，數(shù)字位流則由電機控制IC上的數(shù)字過濾電路進行處理。位置編碼器包含一個ASIC，由其通過一個隔離式RS-485接口將位置和速度數(shù)據(jù)發(fā)送給電機控制IC。其他隔離式串行接口包括連接PFC的I2C接口以及連接前面板的隔離式RS-232鏈路。在此例中，PWM信號與逆變器模塊隔離，IGBT由一個嵌入該模塊中的電平轉(zhuǎn)換柵極驅(qū)動器驅(qū)動。
圖4. 典型的中型工業(yè)電機驅(qū)動系統(tǒng)。
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