利用数字隔离技术提高工业电机控制性能 数字电

现代栅极驱动器的另一个重要问题是,处理器发出的关机命令在IGBT上的执行速度有多快。在以下情况下,这对于过电流关断很重要:过电流检测不是栅极驱动器本身的一部分,而是作为检测和滤波电路的一部分来实现。这方面的另一个压力是效率更高的IGBT的短路耐受时间更短。在这方面,绝缘栅双极晶体管技术的发展趋势是从行业标准10μs缩短到5μs或更短。如图7所示,过流检测电路锁存故障通常需要几微秒的时间,为了顺应整体发展趋势,必须采取措施缩短这一检测时间。此路径中的另一个主要因素是从处理器/FPGA输出到IGBT栅极(栅极驱动器)的传播延迟。同样,磁隔离器比光学器件有明显的优势,因为前者的传播延迟非常小,通常在50 ns左右,这不再是一个影响因素。相比之下,光耦合器的传播延迟约为500 ns,占总定时预算的很大一部分。

利用数字隔离器技术增强工业电机控制性能

SINC数字滤波器的线电压输出的测量结果如图5所示,实际的线电压是10 kHz的高频开关频率波形,但是数字滤波器会将其过滤掉,以显示我们感兴趣的低频部分。电机的相应相电流如图6所示。

NGTB15N60S1EG:IGBT-可承受短路,ON半导体。

死区时间

电机控制应用的栅极驱动器关断序列如图8所示,其中处理器的关断命令跟随IGBT栅极发射器信号。从关断信号到IGBT栅极驱动信号接近零的总延迟仅为72 ns。

低速运行是非常重要的,因为正是在这种模式下,所有情况下施加的电机电压都很低。由死区时间引起的误差电压可能是施加的电机电压的一大部分。另外,误差电压引起的失真抖动的危害更大,因为系统惯性的滤波只能在较高的速度下进行。

利用数字隔离器技术增强工业电机控制性能

Dara O’Sullivan

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图8.过流关断栅极驱动器时序

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应用实例

随着人们对系统性能、效率和安全性的日益关注,电机控制架构师在设计健壮系统时面临着越来越复杂的挑战。基于光耦合器的栅极驱动器是一种传统的选择,而基于变压器的解决方案不仅在功耗、速度和时间稳定性方面具有更多的优势,而且由于信号延迟的缩短,在系统性能和安全性方面也具有明显的优势。这使得设计者能够缩短死区时间并提高系统性能,同时防止上下桥开关同时接通。此外,它还支持对系统命令和错误的更快响应,这也增强了系统的可靠性和安全性。鉴于这些优点,基于变压器的隔离栅极驱动器已成为电机控制系统设计的主要选择。强烈建议系统设计人员在设计下一个项目时,将设备延迟作为重要要求。

深海电机 2020-10-15 119