biaozhundefuhexingceshihuiruhefuyugongchengshiziyoudu
？biaozhunhuizaianquanxingfangmianweigongchengshitigongzhidao，danruhefuyugongchengshiziyoudu
，yibiankeyixuanzefuhemubiaoxitongguigeyijibiaozhundexiangyingjiagou
、電路和元件呢？這些是由電路滿足在效率


、帶寬和精度方麵提供係統所需性能

，同時又滿足安全隔離要求來決定的。設計創新係統的難題是
，為現有架構、電路和元件製定的設計規則可能不再適用。因此
，工程師需要花時間認真評估新電路或元件符合EMC和(he)安(an)全(quan)性(xing)標(biao)準(zhun)的(de)能(neng)力(li)。某(mou)些(xie)地(di)區(qu)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)責(ze)任(ren)更(geng)大(da)，一(yi)旦(dan)所(suo)設(she)計(ji)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)功(gong)能(neng)失(shi)效(xiao)並(bing)導(dao)致(zhi)傷(shang)害(hai)，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)承(cheng)擔(dan)個(ge)人(ren)責(ze)任(ren)。本(ben)文(wen)探(tan)討(tao)了(le)係(xi)統(tong)架(jia)構(gou)選(xuan)擇(ze)對(dui)電(dian)源(yuan)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)以(yi)及(ji)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)。本(ben)文(wen)還(hai)將(jiang)說(shuo)明(ming)最(zui)新(xin)可(ke)用(yong)隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)的(de)性(xing)能(neng)提(ti)升(sheng)如(ru)何(he)幫(bang)助(zhu)替(ti)代(dai)架(jia)構(gou)在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)安(an)全(quan)性(xing)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)提(ti)升(sheng)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)。

 

隔離架構

 

我們關心的問題是您需要根據用戶提供的命令，安全地控製從交流電源到負載的能量流動。此問題在圖1所示的高電平電機驅動係統圖中針對以下三個電源域進行了闡述：給定
、kongzhihegonglv。anquanxingyaoqiushi，yonghugeidingdianlubixuyugonglvdianlushangdeweixiandianyajinxingdianweigeli。jiagoujuecequjueyugelizhafangzhizaigeidinghekongzhidianluzhijianhaishikongzhihegonglvdianluzhijian。zaidianluzhijianyinrugelizhahuiyingxiangxinhaowanzhengxingbingzengjiachengben。monifankuixinhaodegeliyouqikunnan，yin 為(wei)傳(chuan)統(tong)變(bian)壓(ya)器(qi)方(fang)法(fa)會(hui)抑(yi)製(zhi)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)分(fen)量(liang)並(bing)引(yin)入(ru)非(fei)線(xian)性(xing)。低(di)速(su)時(shi)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)隔(ge)離(li)相(xiang)當(dang)簡(jian)單(dan)，但(dan)在(zai)高(gao)速(su)或(huo)需(xu)要(yao)低(di)延(yan)遲(chi)時(shi)則(ze)非(fei)常(chang)困(kun)難(nan)，並(bing)且(qie)耗(hao)電(dian)量(liang)巨(ju)大(da)。帶(dai)3xiangnibianqidexitongzhongdedianyuangeliyouweikunnan，yinweiyouduogedianyuanyulianjiezhidianyuandianlu。dianyuandianluyousigebutongyu，zhexieyuxubicizhijianxuyaogongnengxinggeli；所以高端柵極驅動和繞組電流信號需要與控製電路功能性隔離，即使兩者可能與功率地共地。

 

圖1. 電機控製係統中的隔離架構

 

非隔離式控製架構在控製和電源電路之間存在共同的接地連接。這樣電機控製ADC可獲取電源電路中的所有信號。電機繞組電流流入低側逆變器臂時
，ADC在基於中心的PWM信號的中點處進行采樣。低側IGBT柵極的驅動器可以是簡單的非隔離式，但PWM信號須經由具有功能性隔離或電平移位轉換實現與三個高側IGBTzhajigeli。minglinghekongzhidianluzhijiandegelizaochengdefuzaxingqujueyuzuizhongyingyong，dantongchangshejishiyongdulixitonghetongxinchuliqi。jiandanchuliqijikeguanliqianmianbanjiekoubingzaimansuchuanxingjiekoushangfasongsuduminglingdejiagouzaijiayongshebeihuodiduangongyeyingyongzhongkeyijieshou。youyuminglingjiekoudegaodaikuanyaoqiu，feigelishijiagouzaiyongyujiqirenhezidonghuayingyongdegaoxingnengqudongqizhongjiaoshaojian。

 

隔(ge)離(li)式(shi)控(kong)製(zhi)架(jia)構(gou)在(zai)控(kong)製(zhi)和(he)命(ming)令(ling)電(dian)路(lu)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)共(gong)同(tong)的(de)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)。這(zhe)使(shi)得(de)控(kong)製(zhi)和(he)命(ming)令(ling)接(jie)口(kou)之(zhi)間(jian)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)非(fei)常(chang)緊(jin)密(mi)的(de)耦(ou)合(he)，並(bing)且(qie)可(ke)使(shi)用(yong)單(dan)個(ge)處(chu)理(li)器(qi)。隔(ge)離(li)問(wen)題(ti)轉(zhuan)到(dao)電(dian)源(yuan)逆(ni)變(bian)器(qi)信(xin)號(hao)上(shang)來(lai)，從(cong)而(er)帶(dai)來(lai)一(yi)係(xi)列(lie)不(bu)同(tong)挑(tiao)戰(zhan)。柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)需(xu)要(yao)相(xiang)對(dui)高(gao)速(su)的(de)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)來(lai)滿(man)足(zu)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)時(shi)序(xu)要(yao)求(qiu)。由(you)於(yu)存(cun)在(zai)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)，磁(ci)性(xing)或(huo)光(guang)學(xue)耦(ou)合(he)的(de)驅(qu)動(dong)器(qi)在(zai)隔(ge)離(li)要(yao)求(qiu)極(ji)高(gao)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)應(ying)用(yong)中(zhong)表(biao)現(xian)良(liang)好(hao)。直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)隔(ge)離(li)電(dian)路(lu)的(de)要(yao)求(qiu)則(ze)適(shi)中(zhong)
，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)其(qi)需(xu)要(yao)的(de)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)和(he)帶(dai)寬(kuan)較(jiao)低(di)。電(dian)機(ji)電(dian)流(liu)反(fan)饋(kui)是(shi)高(gao)性(xing)能(neng)驅(qu)動(dong)器(qi)中(zhong)最(zui)大(da)的(de)難(nan)題(ti)
，因(yin)為(wei)其(qi)需(xu)要(yao)高(gao)帶(dai)寬(kuan)和(he)線(xian)性(xing)隔(ge)離(li)。電(dian)流(liu)互(hu)感(gan)器(qi)(CT)是很好的選擇，因為它們提供的隔離信號能夠輕鬆測量。CT在低電流時具有非線性，不會傳輸直流電平

，但廣泛用於低端逆變器中。CT還(hai)用(yong)於(yu)帶(dai)非(fei)隔(ge)離(li)式(shi)控(kong)製(zhi)架(jia)構(gou)的(de)大(da)功(gong)率(lv)逆(ni)變(bian)器(qi)，因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)場(chang)合(he)下(xia)采(cai)用(yong)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)采(cai)樣(yang)會(hui)導(dao)致(zhi)損(sun)耗(hao)太(tai)大(da)。開(kai)環(huan)和(he)閉(bi)環(huan)霍(huo)爾(er)效(xiao)應(ying)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)測(ce)量(liang)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)
，因(yin)此(ci)更(geng)適(shi)合(he)高(gao)端(duan)驅(qu)動(dong)器(qi)，但(dan)受(shou)失(shi)調(tiao)影(ying)響(xiang)。阻(zu)性(xing)分(fen)流(liu)器(qi)可(ke)提(ti)供(gong)高(gao)帶(dai)寬(kuan)、線性信號
，而且偏移低
，但需要與高帶寬
、低偏移隔離放大器相匹配。通常，電機控製ADC可直接采樣隔離電流信號，但下一節描述的替代測量架構可將隔離問題轉移到數字域，並且能夠大幅提升性能。

 

使用隔離式轉換器的逆變器反饋

 

改善隔離係統線性度的一種常見方法是將ADC移至隔離柵的另一側並隔離數字信號。在許多情況下，這需要將串聯ADC與數字信號隔離器結合使用。由於對電機電流反饋存在高頻的特殊要求，以及需要對驅動保護進行快速響應，因此可選擇Σ-Δ 型ADC。Σ-Δ 型ADC配有一個可將模擬信號轉換為一位碼流的線性調製器
，其後配備可將信號重構為高分辨率數字字的數字濾波器。此方法的好處是可使用兩種不同的數字濾波器：較慢的用於高保真反饋，另一個低保真快速濾波器用於保護逆變器。在圖2中，繞組分流器用於測量電機繞組電流

，隔離式ADC用於在隔離柵上傳輸10 MHz數據流。Sinclvboqikejianggaofenbianlvdianliushujutijiaogeidianjikongzhisuanfa，gaisuanfahuijisuanshijiasuoxunibianqidianyaxuyaodenibianqizhankongbi。lingyigedifenbianlvlvboqikejiancedianliuguozai，bingzaichuxianguzhangshijiangtiaobianxinhaofasongzhiPWM調製器。Sinc濾波器頻率響應曲線解釋說明了合適的參數選擇如何能夠使濾波器抑製電流采樣中的PWM開關紋波。

 

 

圖2. 隔離式電流反饋

 

圖3. Sinc濾波器頻率響應

 

電源輸出隔離

 

兩種控製架構的共同問題是需要支持多個隔離電源域。如果每個域需要多個偏置軌
，就更加難以實現。圖4的電路可產生+15 V和–7.5 V電壓用於柵極驅動
，+5 V電壓用於為ADC供gong電dian，均jun在zai一yi個ge域yu中zhong，同tong時shi每mei個ge域yu僅jin使shi用yong一yi個ge變bian壓ya器qi繞rao組zu和he兩liang個ge引yin腳jiao。使shi用yong一yi個ge變bian壓ya器qi磁ci芯xin和he骨gu架jia為wei四si個ge不bu同tong電dian源yuan域yu創chuang造zao雙shuang電dian源yuan或huo三san電dian源yuan。

 

圖4. 柵極驅動和電流反饋轉換器的隔離電源電路