使用光隔離的調制器在電機控制中進(jìn)行安 全、準確的隔離電流傳感

介紹

在工業(yè)電機或伺服控制應用中，準確的電流測量是控制回路的一部分。目前的測量不僅需要盡可能準確，還需要安全可靠。工業(yè)電機或伺服控制系統通常包含高壓，在過(guò)流或短路等故障事件中，這些情況需要快速檢測和整流，以防止災難性的系統故障或在最壞的情況下，人員傷害。光耦合器不僅有助于提供斷土回路的隔離，排除共模噪聲和瞬態(tài)，還提供必要的絕緣，以滿(mǎn)足要求的安全標準和法規要求。

光隔離調制器架構

用于電流測量的隔離調制器的輸入通常連接到一個(gè)小的并聯(lián)電阻，該電阻將通過(guò)它的電流轉換為一個(gè)小電壓，通常約為±200mV，以限制并聯(lián)電阻中的功率耗散。然后，西格瑪調制器將模擬輸入信號過(guò)采樣到一個(gè)單一的高速比特流中，然后通過(guò)光隔離屏障進(jìn)行傳輸。然后，在隔離側接收的調制器數據發(fā)送到處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理。然后，一個(gè)Sinc3抽取過(guò)濾器可以很容易地在FPGA或微處理器上實(shí)現，以恢復所需的信號。抽取過(guò)濾器將高速過(guò)采樣比特流平均或抽取到一個(gè)較低的速率，通常稱(chēng)為抽取比率。圖1顯示了一個(gè)孤立的西格瑪三角洲采集系統的方框圖。

圖1。光隔離調制器框圖

這種方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，在調制器輸出后，可以很容易地放置在單通道上。其次，接收到的位流中任何可能由共模瞬態(tài)引起的錯誤都會(huì )被抽取過(guò)濾器平均出來(lái)。其結果是一個(gè)非常魯棒的隔離方案，在運動(dòng)控制等高噪聲環(huán)境中，在初級和二級或瞬態(tài)免疫之間提供了良好的共態(tài)排斥。由于是光學(xué)的，與傳統的霍爾缺陷傳感器不同，該設備也不受磁干擾的影響。

圖2顯示了新的 ACPL-798J外部時(shí)鐘，光隔離調制器的方框圖。與通常的單端LVTTL接口相比，LVDS接口進(jìn)一步改善了傳感器和處理器之間的連接，允許系統設計者擁有一個(gè)健壯的接口。ACPL-798J還具有1%的±增益精度和75 dB的信噪比，相當于12位有效位數（ENOB）。

圖2。ACPL-798J框圖

光隔離調制器的類(lèi)型

有兩種類(lèi)型的光學(xué)隔離西格瑪調制器，內部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。外部時(shí)鐘類(lèi)型比內部時(shí)鐘類(lèi)型有一定的優(yōu)勢。例如，外部時(shí)鐘類(lèi)型通常具有更高的時(shí)鐘速度。外部時(shí)鐘類(lèi)型還允許有一個(gè)通用的主時(shí)鐘，以便更容易地恢復數據和通道到通道的同步，例如同時(shí)測量相位電流。

表1.解密比與濾波器延遲時(shí)間說(shuō)明和ENOB

速度和精度

在電機或伺服控制中，被驅動(dòng)的電機負載是感應負載。從下面的電感器阻抗方程中，我們可以推斷出，電壓取決于通過(guò)電感器的電流的變化速率。

因此，在電機上出現危險的電壓水平之前，需要盡快對相位間短路或接地短路等故障條件進(jìn)行檢測和整正。電機控制器對此類(lèi)故障作出反應所需的典型反應時(shí)間通常小于10μs。一種常見(jiàn)的方法是使用并行運行抽取比的單獨過(guò)濾器（igure 3）。

過(guò)濾器可以保持較小的抽取比，以提供快速響應，以跟蹤和響應故障條件，同時(shí)有另一個(gè)過(guò)濾器與較高的抽取比并行，以在正?？刂苹芈凡僮髦懈玫姆直媛?。通過(guò)以這種方式劃分系統，可以快速感知并作出反應來(lái)糾正任何故障情況。表1顯示了通過(guò)選擇適當的抽取比率，分辨率和速度之間的交易。

圖3.光隔離西格瑪增量調制器方框圖

目前利用光學(xué)隔離西格瑪調制器進(jìn)行的測量，通過(guò)選擇適當的過(guò)濾方案來(lái)保持精度和速度之間的靈活性。只有光聯(lián)軸器才能通過(guò)IEC安全標準IEC60747-5-5進(jìn)行加固認證隔離主動(dòng)光隔離調制器提供了一種精確、安全、可靠的電流測量方法。