电源逆变器应用中选择隔离架构电路和元件的要求

在电源逆变器的实际应用中，应该如何来选择合适的隔离架构，以及对电路和元件的选择要求有哪些，电工天下小编整理了有关《电源逆变器应用中选择隔离架构电路和元件的要求》，希望对大家有所帮助。

电机和电源控制逆变器设计人员都会遇到相同的问题，即如何将控制和用户接口电路与危险的功率线路电压隔离。隔离最主要的要求是方式功率线路电压损坏控制电路，更重要的是，保护用户受到危险电压伤害。系统必须符合相应国际标准规定的安全要求，例如涵盖电机驱动和太阳能逆变器的IEC 61800和IEC62109。

这些标准主要注重符合性测试。标准的符合性测试会如何赋予工程师自由度？标准会在安全性方面为工程师提供指导，但如何赋予工程师自由度，以便可以选择符合目标系统规格以及标准的相应架构、电路和元件呢？这些是由电路满足在效率、带宽和精度方面提供系统所需性能，同时又满足安全隔离要求来决定的。

设计创新系统的难题是，为现有架构、电路和元件制定的设计规则可能不再适用。因此，工程师需要花时间认真评估新电路或元件符合EMC和安全性标准的能力。某些地区工程师的责任更大，一旦所设计系统的安全功能失效并导致伤害，工程师可能需要承担个人责任。

本文探讨了系统架构选择对电源和控制电路设计以及系统性能的影响。本文还将说明最新可用隔离元件的性能提升如何帮助替代架构在不影响安全性的前提下提升系统性能。

1、隔离架构

我们关心的问题是您需要根据用户提供的命令，安全地控制从交流电源到负载的能量流动。此问题在图1所示的高电平电机驱动系统图中针对以下三个电源域进行了阐述：给定、控制和功率。安全性要求是，用户给定电路必须与功率电路上的危险电压进行电位隔离。架构决策取决于隔离栅放置在给定和控制电路之间还是控制和功率电路之间。在电路之间引入隔离栅会影响信号完整性并增加成本。模拟反馈信号的隔离尤其困难，因为传统变压器方法会抑制直流信号分量并引入非线性。

低速时的数字信号隔离相当简单，但在高速或需要低延迟时则非常困难，并且耗电量巨大。带3相逆变器的系统中的电源隔离尤为困难，因为有多个电源域连接至电源电路。电源电路有四个不同域，这些域需彼此之间需要功能性隔离；所以高端栅极驱动和绕组电流信号需要与控制电路功能性隔离，即使两者可能与功率地共地。

非隔离式控制架构在控制和电源电路之间存在共同的接地连接。这样电机控制ADC可获取电源电路中的所有信号。电机绕组电流流入低侧逆变器臂时，ADC在基于中心的PWM信号的中点处进行采样。低侧IGBT栅极的驱动器可以是简单的非隔离式，但PWM信号须经由具有功能性隔离或电平移位转换实现与三个高侧IGBT栅极隔离。

命令和控制电路之间的隔离造成的复杂性取决于最终应用，但通常涉及使用独立系统和通信处理器。简单处理器即可管理前面板接口并在慢速串行接口上发送速度命令的架构在家用设备或低端工业应用中可以接受。由于命令接口的高带宽要求，非隔离式架构在用于机器人和自动化应用的高性能驱动器中较少见。