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一些供应商确保20年以上的寿命

  横跨多重电子使用范畴的全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,简称ST)推出最新的电子立异手艺,让...

  利用寿命:在规格限制范畴内利用的脉冲变压器没有磨损机制,而光学设备即便在一般利用中也具有退化问题,由于LED和光电晶体管之间的电传播输率(CTR)降低到不再利用单位的处所开关。请留意,一些供应商确保20年以上的寿命,通过加快寿命测试证明。

  图2:低压节制信号,栅极驱动器,受控功率器件(MOSFET或IBGT)之间以及电机之间的路径凡是需要电流隔离,以实现平安和电路功能。

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  图3:磁隔离能够利用离散变压器,在ADuM3223和ADuM4223布局的IC类封装中,示意性地(左)示意性地(右)建立为平面共位线圈。(来历:ADI公司)

  定制:就其性质而言,基于变压器的设备能够设想和制造以满足奇特的规格,虽然如许做可能成本高,而且还涉及耗时,高贵的机能和平安尺度认证。

  很多电机在高电压下运转,因而具有间接的用户平安和系统毛病庇护问题。可是,需要隔离,由于很多电机驱动电路需要它才能一般工作。考虑用于通过MOSFET(或IGBT)节制电机的根基半桥或H桥设想,

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  磁隔离和光隔离凡是利用两种方式来为电动机 - 门驱动器供给隔离:磁性和光学。两者在概念上都很简单,但在组件选择和设想手艺方面涉及很多细微​​之处。

  图1:典型的H桥电机驱动设置装备摆设显示了若何利用四个受控开关来办理电机标的目的,由于相对开关的配对是打开和封闭的。(来历:

  其次,它庇护电子设备免受此类毛病的影响。同样,因为内部高压短路而呈现的高电压将不具有“回波”到低压节制电子器件中的路径,由于它将被隔离樊篱阻挠。

  确保两个驱动路径对称,具有不异的传布延迟,最小的通道间时序误差以及其他可能影响环节栅极驱动时序的差别。

  监管问题:因为很多隔离器在很宽的电压范畴内,从几十到几千伏,它们必需满足物理间距和材料内部路径和电路毗连的各类平安要求;微型SMT封装不克不及用于kV域。还有最小爬电距离和最大电压与最大电压的要求,图7a和图7b可能决定哪种隔离手艺是可接管的。

  隔离的无形例子是利用机电继电器。线圈驱动电路和继电器接触电路相互完全隔离。现实上,线圈上的电压电平,电流额定值和信号能够与接触电路上的不异参数完全分歧,这是在系统中经常利用的特征。例如,几十毫安的24VDC信号能够节制很多安培的高压交换信号,驱动器和负载之间没有电接触。当然,机电继电器不适合以几十kHz的速度进行不间断切换,因而需要全电子替代方案。

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  最初,虽然凡是只需要高端隔离,但设想人员凡是将其包含在高侧和低侧,缘由有几个。除了供给平安,隔离还:

  做出决定显而易见的问题是:这种设想是该当利用磁耦合仍是光耦合,或者是更新的手艺?与大大都工程决策一样,谜底很简单:取决于。要素包罗最大额定电压,成本,产物尺寸,寿命和律例要求。对于关于每种方式的属性的任何一般声明,凡是会有设备和示例作为该声明的破例。但相关参数中有以下几点:

  机能需求:所有类型都能够供给满足大大都根基要求的机能,这些要求与电机驱动器使用的速度相关。

  它们以至能够按照负载进行定制,例如用于IGBT和MOSFET的AvagoACPL-P341和ACPL-W341 3A IGBT栅极驱动光电耦合器(图4)。该光耦合器供给的电压和高峰值输出电流使其很是适合间接驱动额定电压高达1200V / 100A的器件。

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  坚忍耐用的需求:基于变压器的组件供给加强的坚忍性,而且能够比光学或电容设备更好地承受过压和滥用(尖峰,浪涌)。它们还能够承受更高的温度,这是很多工业环境下的考虑要素。

  图6:变压器能够通过利用单个初级绕组和婚配的次级绕组轻松支撑多通道隔离,如PH9400器件的道理图所示。(来历:Pulse Engineering)

  隔离满足了很多需求出于多种缘由,建议利用隔离子系统。起首,它庇护用户免受高压侧的毛病。例如,若是诸如电动机的AC供电负载不测地短路到节制电子设备,则全线电位可能达到用户面板而且节制 - 明显是危险的环境。

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  在工程学中,术语“隔离”有良多寄义。在根基电路设想中,它指的是一种拓扑布局,此中整个系统的两个子电路是电隔离的,它们之间没有“欧姆”或“电流”路径(无限电阻),但信号,功率或两者仍然能够在这些子电路之间通过。

  电流检测电阻器的利用是电机节制系统设想趋向的一部门,这得益于采用新的数字隔离手艺。这些手艺为设想人员供给了更高的靠得住性程度,基于组件级别尺度IEC 60747-17,该尺度划定了电容式和...

  变压器需求:Pulse Engineering PH9400等变压器也能够是多通道,但采用与有源器件分歧的体例,由于它们还供给单个初级绕组和多个次级绕组,因而能够与多个栅极驱动器毗连(图6))。

  最大电压和隔离额定值:这些由根本手艺和器件物理学决定。所有手艺都可供给高达数千伏的电压,但变压器隔离器可按照需要设想为几十千伏的范畴。

  成本和尺寸:光学和电容器件往往成本更低,而且还能够采用多通道封装,每个封装有两个,四个和更多器件,如许能够节流空间。

  结论虽然在工程学院中凡是没有传授电机驱动器的隔离问题,但在电路设想拓扑,高电压和一般运转中的用户/设备平安以及发生毛病的现实世界中,这是一个主要问题。要记住的要素是:

  基于CMOS IC内高频信号的电容耦合,还有诸如家族中的隔离器件(图5)。这些供给了很多无益的属性,包罗在100Mbps范畴内的操作,可是电动机节制不需要这个速度,电动机节制凡是在几十kHz的区域内。这些隔离安装为已成立的磁隔离方式供给了替代方案。

  图7a和7b:蠕变和间隙尺寸是操作和毛病惹起的电压的函数。图7a显示了这些平安属性的广义视图;图7b显示了它们寄义的横截面视图。(来历:PCB手艺指南

  在桥式安插中,栅极驱动器位于节制电子器件和功率器件之间。通过打开(和封闭)上/下功率器件的横向开关对,节制电动机正向或反向运转。但另请留意,上侧功率器件不克不及接地,由于它作为负载毗连在电源轨和电机之间。同时,驱动电路凡是接地,使上侧器件短路并使电路无用。处理方案是在节制电子元件和MOSFET(或IGBT)驱动器之间利用隔离。这种隔离可确保导通栅极驱动器的信号 - 以及MOSFET - 没有接地路径,如图2所示。

  图4:光隔离器是一种普遍利用的磁隔离替代品,它供给紧凑的设想和简单的接口。(来历:Avago /Broadcom)

  隔离消息承载信号是一项愈加坚苦的挑战。对于模仿信号,各类手艺包罗调制更高频次的载波,然后将其传送通过变压器或以至微型无线链路;或起首将模仿信号数字化,然后将其转换回模仿形式。后一种方式很有吸引力,由于隔离数字信号要比模仿信号容易得多,我们将鄙人面看到电机功率器件的栅极驱动信号的隔离度。

  光学方式利用光耦合器(也称为光隔离器),它将LED和光电晶体管组合在一个封装中。LED由节制信号驱动,将电输入转换为光子,并沿着它们达到光电晶体管的受限光路指导这些光子。该设备将光子和它们暗示的信号从头转换为电信号,因而光子路径充任电隔离樊篱。输入侧和输出侧都相对容易与其相关电路毗连,很多都能够利用与保守IC不异的封装。

  第三,与毛病和毛病无关,因为某些常见电路拓扑的固有特征,需要隔离。在一个简单的例子中,考虑在数百个电池的串联堆叠的顶部丈量电池两头的电压,例如在电动或夹杂动力车辆中。虽然电池本身具有较低的平安电压,但电池在地面以上几百伏,因而具有很高的危险潜力。通过将电池丈量电路与地隔离,只能看到电池的小电压。

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  电机是大都电器设备的焦点组件,也是最耗损电能的安装,若是可以或许无效率地节制电机的运作,将对能源的操纵有极...

  图5:Si828x系列IC封装内的电容耦合供给了更新的隔离选项,并供给小尺寸和高隔离电压。(来历:Silicon Laboratories)

  扭转编码器普遍用于工业主动化系统。这种编码器的典型用处是用于电机,此中编码器毗连到扭转轴,虎途国际官网从而为节制系统供给反馈。虽然编码器的次要用处是角度位置和速度丈量,但其他功能(例...

  挑战取决于信号类型隔离能够用于信号或电源(AC和DC)。通过简单地利用保守的变压器,AC是最容易隔离的。这凡是在交换/直流电源中完成,此中变压器能够将线路电压传送到系统进行整流和调理,可是没有从系统回到交换线路的路径,反之亦然 - 因而避免了与地面相关的冲击和其他潜在的问题。

  磁路采用插在节制电子设备和栅极驱动器输入之间的脉冲变压器。打开或封闭栅极驱动器(以及打开或封闭MOSFET)的信号通过该变压器,该变压器素质上是一个非接地元件。变压器能够是分立器件,也能够物理实现为雷同夹杂IC的一部门(

  机能需求:所有类型都能够供给满足大大都根基要求的机能,这些要求与电机驱动器使用的速度相关。

  电流检测电阻的利用是电机节制系统设想趋向的一部门,受益于采用新的数字隔离手艺。 这些手艺基于组件级尺度IEC 60747-17的引入,为设想人员供给了更高的靠得住性程度,该尺度划定了电容式...

  对于直流电源,隔离环境愈加坚苦,凡是需要堵截直流电以发生雷同交换的波形,然后利用变压器,最初整流次级侧输出;或者,能够利用开关电容器拓扑。