数字隔离器在工业电机驱动应用中的优势

安全标准通常规定1分钟耐压额定值(典型值2.5 kV rms至5 kV rms)和工作电压(典型值125 V rms至400 V rms)。某些标准也会规定更短的持续时间、电压浪涌(如10 kV峰值并持续50 μs)作为增强绝缘认证的一部分要求。聚合物/聚酰亚胺隔离器可提供最好的隔离特性(见表1)。

表1. 隔离材料性能比较


聚酰亚胺数字隔离器与光耦合器类似，在典型工作电压下，工作寿命超过电机，额定使用寿命为50年。SiO2隔离器的工作寿命与之接近，但是，对高能浪涌的保护能力却较弱。

在高温连续使用的情况下，影响光耦合器寿命的可能不是隔离材料的分解而是LED磨损。当温度>85℃时，工作1万小时，光耦合器的电流传输比(CTR)将下降10%至20%。10万小时时，CTR可能会下降一半或以上。

集成可能性

光耦合器LED和优化的光检波器不兼容低成本CMOS技术。要集成带去饱和检测功能的栅极驱动、用∑-△ADC实现隔离电流检测以及多向数据流等其他功能，就必须采用多芯片解决方案，结果将使带这些功能的光耦合器变得非常昂贵。采用CMOS技术和隔离式变压器的数字隔离器可以随着集成度的提高而自然而然地添加这些功能。由于变压器也可用来发射隔离功率，因此，可从相同的封装发射高端功率，而无需会给某些应用带来问题的自举。目前，市场上有基于变压器的数字隔离器，在单个封装中集成了dc/dc转换器、∑-△ ADC、栅极驱动器、I2C、RS-485收发器、RS-232收发器和CAN收发器，使电机控制系统同时实现了尺寸和成本的优化。

实用的应用电路

展示了栅极驱动、通信和反馈信号隔离的典型驱动电路如图4所示。在该系统中，隔离的∑-△ ADC用来测量电机绕组电流，数字位流则由电机控制IC上的数字过滤电路进行处理。位置编码器包含一个ASIC，由其通过一个隔离式RS-485接口将位置和速度数据发送给电机控制IC。其他隔离式串行接口包括连接PFC的I2C接口以及连接前面板的隔离式RS-232链路。在此例中，PWM信号与逆变器模块隔离，IGBT由一个嵌入该模块中的电平转换栅极驱动器驱动。


图4. 典型的中型工业电机驱动系统。