亚洲电影av-亚洲第一综合网站-亚洲第一在线-亚洲第一影院-成年人视频在线免费-成年人视频在线观看免费

信號和電源隔離有助于確保交流電機驅動系統的穩定運行，并保護操作人員免受高壓危險。

但并非所有隔離技術都能滿足所有需求，尤其是在器件壽命和溫度性能方面。

為解決交流（AC）電機設計挑戰，本文對比了德州儀器（TI）的基于電容的隔離技術和傳統的隔離技術，包括隔離柵極驅動器在功率級、隔離電壓、電流反饋或控制模塊中隔離式數字輸入。

什么是交流電機驅動系統？

交流電機驅動是一種使用交流電輸入的感應電動機，如圖 1 所示，它可以驅動大型工業負載，例如加熱、通風、商業樓宇的空調、泵和壓縮機的運行。交流電機也能驅動需要調節速度的工廠自動化和工業器件負載，例如傳送帶或隧道掘進、采礦和造紙設備。

圖 1. 工廠中帶有交流電機驅動的感應電機

交流電機驅動采用交流能量，將其整流為直流母線電壓，實現復雜的控制算法，然后基于負載需求通過復雜的控制算法將直流電轉換回交流電。

圖 2 所示為交流電機驅動系統的框圖，其中功率級和電源供給標記為綠色。

交流電機驅動中的隔離

諸如交流電機驅動之類的電機驅動系統包含高電壓和高功率等級；因此，必須采取措施保護操作人員和整個系統的關鍵組件。

此外，也需要保護關鍵系統組件（例如控制器和通信外圍器件）免受電機驅動中的大功率和高壓電路的影響。根據國際電工委員會 61800-5-1 安全標準的定義，可通過半導體集成電路（IC）在組件級進行隔離來實現電路之間的絕緣。

隔離 ICs 可在高壓和低壓單元之間傳輸數據和功率，同時可防止任何危險的直流電或不受控制的瞬態電流。通常來講，隔離器通過隔離柵在電路內提供所需的絕緣等級。隔離柵將高壓與人可接觸的零件分開。

在交流電機驅動中實現隔離

設計人員在交流電機驅動中實現隔離隔柵時有多種選擇，但過去 40 年來，在系統中實現電流隔離的最常用器件一直是光耦合器，也稱為光隔離器或光電耦合器。盡管光耦合器具有成本效益且普遍存在，但其無法提供與最新隔離方法同等水平的溫度性能或器件壽命。

TI 的電容隔離技術在將二氧化硅（基礎片上絕緣）用作電介質的電容電路中集成了增強的信號隔離功能。與光耦合器不同，其可將隔離電路與其他電路集成在同一芯片上。通過此工藝制造的隔離器具有可靠性、防震性和增強的隔離性，相當于單個封裝中的兩個基本隔離等級。

以下各部分探討了交流電機驅動設計中與隔離相關的三個關鍵設計挑戰，同時還重點介紹了電容隔離相較于光耦合器的優勢。

隔離功率級中的柵極驅動器

交流電機驅動的功率級中使用的功率轉換器拓撲是用于傳輸千瓦至兆瓦范圍內功率的三相逆變器拓撲。這些逆變器將直流電源轉換為交流電源。典型的直流總線電壓為 600 V-1，200V。該三相逆變器使用六個隔離式柵極驅動器來打開和關閉電源開關（通常是一組絕緣柵門極晶體管［IGBTs］或 IGBT 模塊）。由于其卓越的性能，設計人員開始使用寬帶隙器件，例如碳化硅（SiC）金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFETs）或模塊。

每個相都使用通常處在 20kHz 至 30kHz 范圍內工作的高側和低側 IGBT 開關，以交替模式向電機繞組施加正負高壓直流脈沖。每個 IGBT 或 SiC 模塊均由單個隔離式柵極驅動器驅動。柵極驅動器的高壓輸出與來自控制器的低壓控制輸入之間的隔離是產生電流的。柵極驅動器將來自控制器的脈沖寬度調制（PWM）信號轉換為用于場效應晶體管（FETs）或 IGBTs 的柵極脈沖。此外，這些柵極驅動器需要具有集成的保護功能，例如去飽和作用、有源米勒鉗位和軟關斷。

隔離柵極驅動器具有兩側：初級側（即輸入級）和次級側（與 FET 連接）。初級側有兩種類型的輸入級：基于電壓和基于電流的輸入級。通過輸入級，柵極驅動器可以連接到能夠告知柵極驅動器在指定時間打開或關閉的控制器。

使用基于電流的輸入級的光耦合器柵極驅動器通常在電機驅動應用中驅動 IGBTs。基于電流的輸入級往往具有較好的抗噪能力，因此需要在控制器和光耦合器之間設置一個緩沖級。使用緩沖級的基于電流的輸入級驅動器的功耗通常也會更高。