增強型PWM抑製功能對於直列式電機控製的五大優勢
發布時間:2016-12-23 來源:EEFOCUS 責任編輯:susan
【導讀】解(jie)決(jue)問(wen)題(ti)的(de)方(fang)法(fa)通(tong)常(chang)不(bu)止(zhi)一(yi)種(zhong)。有(you)時(shi)使(shi)用(yong)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)方(fang)法(fa)並(bing)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)最(zui)大(da)利(li)益(yi)。電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)項(xiang)目(mu)的(de)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)使(shi)用(yong)各(ge)種(zhong)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)確(que)保(bao)電(dian)機(ji)高(gao)效(xiao)運(yun)行(xing)並(bing)防(fang)止(zhi)可(ke)能(neng)的(de)損(sun)壞(huai)。在(zai)電(dian)機(ji)設(she)計(ji)中(zhong)有(you)三(san)種(zhong)主(zhu)要(yao)方(fang)法(fa)可(ke)測(ce)量(liang)電(dian)流(liu)。在(zai)本(ben)博(bo)文(wen)中(zhong),將(jiang)回(hui)顧(gu)這(zhe)三(san)種(zhong)方(fang)法(fa),並(bing)分(fen)享(xiang)直(zhi)列(lie)式(shi)電(dian)機(ji)電(dian)流(liu)感(gan)應(ying)使(shi)用(yong)增(zeng)強(qiang)型(xing)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)調(tiao)製(zhi)(PWM)抑製的五大優勢。
如圖1所示,基本上有三種不同的方法來測量三相電動機驅動係統中的電流:低側、直流鏈路和直列測量。圖1所示的是傳統三相PWM逆變器,該逆變器使用三對功率MOSFET(絕緣柵雙極晶體管IGBT也很常見)來驅動直流電動機。該圖還包括高側電流感應,其通常在顯著錯誤情況下使用,比如接地電路短路的情況。

圖1:三相電機驅動係統的各種電流感應方法
許多設計人員使用前兩種方法(低側、直流鏈路及其各種組合),因為標準電流感應解決方案很容易獲得——通常具有快速響應時間、更高帶寬、kuaisushuchuzhuanhuansulvhedigongmoshurudianya。danshi,zhexiexianyoudechanpinketongguodicehuozhiliulianluganyingxiangdianliu,danbingbuyiweizhejiushizuijiandandejiejuefangan。yongzhexiefangshiceliangdianliudezhudaosixiangshishitufuzhibeiqudongdaodianjiraozuzhongdedianliu。zhezhongfuzhiqingkuangfashengzairuanjianzhong;它可廣泛參與,但不夠精確。
直列式電流感應方法看似是最合理的,因為這是最終要測量的電流。但這種方法存在一個問題。驅動MOSFET或IGBT的PWM信(xin)號(hao)對(dui)電(dian)流(liu)感(gan)應(ying)放(fang)大(da)器(qi)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)破(po)壞(huai)。感(gan)測(ce)電(dian)阻(zu)處(chu)的(de)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)從(cong)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)被(bei)驅(qu)動(dong)到(dao)接(jie)地(di),具(ju)有(you)非(fei)常(chang)快(kuai)速(su)的(de)瞬(shun)態(tai)開(kai)關(guan)特(te)性(xing),而(er)電(dian)流(liu)感(gan)應(ying)放(fang)大(da)器(qi)試(shi)圖(tu)測(ce)量(liang)感(gan)測(ce)電(dian)阻(zu)本(ben)身(shen)的(de)小(xiao)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)。圖(tu)2是由PWM逆變器產生的正弦相電流(紅色波形)的示波器截圖。這種情況下,PWM頻率為100兆赫(MHz),由LMG5200 GaN半橋功率級提供(更多詳細信息,請參見底部的TI設計)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi),快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)是(shi)直(zhi)列(lie)式(shi)電(dian)流(liu)感(gan)應(ying)放(fang)大(da)器(qi)測(ce)量(liang)相(xiang)電(dian)流(liu)時(shi)所(suo)接(jie)收(shou)的(de)信(xin)號(hao)。這(zhe)就(jiu)像(xiang)在(zai)有(you)颶(ju)風(feng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),當(dang)杯(bei)子(zi)在(zai)海(hai)上(shang)漂(piao)浮(fu),而(er)試(shi)圖(tu)測(ce)量(liang)杯(bei)中(zhong)液(ye)體(ti)一(yi)樣(yang)。難(nan)怪(guai)大(da)多(duo)數(shu)設(she)計(ji)師(shi)會(hui)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)低(di)側(ce)感(gan)應(ying)!下麵我們將介紹另外一種方法。

圖2:在快速共模瞬變期間測量相電流
描述潛在優勢之前,先解釋一下增強型PWM抑製。增強型PWMyizhishiyizhongyouyuandianlu,tabichuantongfangfagengkuaisudewendingshuchudianya。yinweidianliuganyingfangdaqikeyijiancejuyoukuaisuzhuanbiandeshurugongmoxinhao,suoyizhexieraodongzaishebeishuchuchuanboshijiangjiangzhizuidi。jianshaozhexieganrao(被設計者親切地稱為“振鈴”)的另一種方法是使用高帶寬放大器(在MHz範圍內)盡快穩定輸出,但這種方法的成本可能很昂貴。
圖3suoshiweizaimeiyouzaoshengyinrudeqingkuangxia,meigexiangdeshuchudianyaxinhao。hongseboxingshixinhao,biaoshigonglvjingtiguanjinkenengjiejinzhengxianboxingdifuzhidaodiandongji,gaijingtiguanyidianzifangshihuanxiang。dianliuganyingfangdaqijiangjinglicongdianyuangui(例如,VBATT = 48V)到接地的輸入共模電壓信號。

圖3:使用增強型PWM抑製的預期電壓波形
優勢1:減少消隱時間
共模PWM瞬態抑製允許在電流感應放大器的輸出上具有較少的“振鈴”。不得不等待電壓信號穩定是主要的缺點,特別是對於需要低忙閑度(≤10%)的係統更是如此,因為測量電流的時間縮短了(在工業上通常稱為消隱時間)。
優勢2:直列電流感應
與高共模輸入電壓相結合,增強型PWM抑(yi)製(zhi)可(ke)監(jian)控(kong)直(zhi)列(lie)式(shi)電(dian)流(liu)。前(qian)麵(mian)討(tao)論(lun)過(guo),由(you)於(yu)其(qi)暴(bao)露(lu)的(de)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing),電(dian)流(liu)感(gan)應(ying)放(fang)大(da)器(qi)的(de)魯(lu)棒(bang)性(xing)是(shi)必(bi)須(xu)的(de)。除(chu)這(zhe)一(yi)要(yao)求(qiu)外(wai),放(fang)大(da)器(qi)還(hai)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)高(gao)AC和DC精度,為係統設計人員提供精確的電流傳感器測量。
優勢3:可能消除電隔離
增強型PWM抑製的另一個優勢很微妙,但又很重要。通過增強型PWM抑製,當電流隔離並非係統所要求時,設計人員無需使用隔離的電流感應設備。客戶經常使用隔離設備來解耦PWM信號通過感測電阻時產生的噪聲。使用增強型PWM抑製不再需要去耦。
優勢4:算法優化
我之前提到過這一優勢——算法優化。利用增強型PWM抑製,不需要再複製或計算相電流,因為可直接得到現成答案。隻需很少的軟件就能有效地運行電機。
優勢5:提高電機效率
我想談談最後一個優勢——提高電機效率,這對設計師來講可以說是最重要的。電機製造商和電機驅動係統設計者一直在尋找提高電機效率的方法。高AC和DC精度、kuaisudeshuchuxiangyinghejianshaoxiaoyinshijianshidedianjiyijinkenenggaodexiaolvyunxing。duoxiangdianjidejingquedingshikongzhijinkenengdijianshaoxiaoyinshijian,congerzuidahuadianjixiaolv。
圖4所示為五大優勢。

圖4:增強型PWM抑製的五大優勢
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