解析交流电压电机驱动的数字隔离
|
隔离是交流电压电机驱动不可分割的一部分。电气隔离的方法有多种——主要采用光耦合器和数字隔离器。使用数 字隔离器与传统的光耦合器相比具有数种优势——其中包 括成本更低、元件数量更少、可靠性更强。本文以传统电机控制器设计为基础，对几种隔离方法进行比较，以突显数字隔离器的优势。 光耦合器与数字隔离器的背景知识 光耦合器使用LED发出的光将数据通过隔离栅传输到一个光电二极管。当LED开启和关闭时，将在电气隔离光电二 极管一端产生逻辑高和低信号。光耦合器的速度与光电二极管检波器的速率以及为其二极管电容充电的时间直接相 关。提升速度的一种方式是提高LED电流，但其代价是功 耗的增加。 而基于变压器的数字隔离器借助变压器以磁性方式将数据 通过隔离栅进行耦合。变压器电流脉冲通过一个线圈，形成一个很小的局部磁场，从而在另一个线圈生成感应电 流。变压器的传输速率自然比光耦合器快很多。而且变压 器为差分架构，具有出色的共模瞬变抗扰度。另外，由于 数字隔离器基于变压器，而光耦合器则基于LED，因此， 数字隔离器的可靠性/MTTF要远远优于光耦合器。 电机驱动设计中的隔离 图1所示为Boston Engineering Corporation开发的高电压FlexMC 电机控制驱动的框图， 它能与ADSP-CM40x混合信号控制处理器对接。它接收一 个通用交流输入，提供一个功率因数校正(PFC)前端，驱 动一个永磁同步电机(PMSM)，并为一个带传感器或不带 传感器的控制装置提供必要的反馈调理，此装置运行于 ARM® CortexTM-M4混合信号控制处理器ADSP-CM40x及一个 16位高精度模拟前端。中间部分是一个隔离栅，位于高电 压电源电子元件和控制器之间。电机电源电子元件随高电 压电势而浮动，而ADSP-CM40x处理器则以接地为基准， 因此需要进行隔离。本文将讨论选择数字隔离器而非光电 耦合器将如何改善该设计。 图1. 电机控制框图 在闭环电机控制设计中，两个关键的硬件构成为脉冲宽度 调制(PWM)控制器输出和电机相位电流反馈。这些信号 (如框图所示)通过隔离栅。另外，隔离器的使用还可惠及 几种其他功能，包括数字通信和低电压、低功耗和隔离 DC-DC转换。 |
