交流電機驅動(dòng)器中的隔離電壓感應

_{汽車(chē)和工業(yè)終端設備，如電機驅動(dòng)器、串式逆變器和機載充電器，在高電壓下運行，不能安全地與人直接互動(dòng)。隔離電壓測量通過(guò)保護人類(lèi)免受高壓電路執行一個(gè)功能的影響，有助于優(yōu)化操作和確保使用的安全性。}

_{設計用于高性能，隔離放大器傳輸電壓測量數據通過(guò)隔離屏障。確定隔離放大器選擇的標準包括隔離規格、輸入電壓范圍、精度要求，以及您計劃如何為高壓側供電——這是測量值在應用程序中的位置經(jīng)常會(huì )影響的。本文通過(guò)評估交流電機驅動(dòng)端設備的三種常見(jiàn)電壓測量，指導選擇正確的隔離放大器。}

_{輸入電壓范圍的選擇、精度要求和您所選擇的高壓側功率方法的選擇取決于在應用程序中測量的電壓節點(diǎn)的位置。}

_{圖1是一個(gè)交流電機驅動(dòng)器的簡(jiǎn)化方框圖，其中有三個(gè)常見(jiàn)的電壓測量位置：左邊是交流電源，中間是直流連接，右邊是電機相位。隔離放大器由于其高精度和易于使用，是這些測量的優(yōu)良設備。}

_{圖1。交流電機驅動(dòng)應用程序。}

_{如圖1的左側所示，在美國，交流電源的輸入通常被連接為一個(gè)三相中心接地的電力系統，電壓為120VRMS/208VRMS。在歐洲有230 VRMS/400 VRMS。這種電壓測量所需的精度通常很低，而且并不總是需要的。如果您要測量交流市電，請考慮具有雙極高阻抗輸入的設備，如TI的AMC1350或AMC3330。當對中性電壓進(jìn)行三相交流電壓測量時(shí)，您可以使用單一的隔離電源供應所有三個(gè)的隔離放大器進(jìn)行測量。在進(jìn)行三相交流電壓相相測量時(shí)，考慮使用集成C/直流轉換器的設備進(jìn)行簡(jiǎn)單的設計。圖2顯示了相應的AMC3330電路圖。}

_{圖2。AMC3330隔離放大器與一個(gè)內部的DC/DC轉換器。}

_{要計算電機驅動(dòng)器中的脈寬調制（PWM）占空比，通常需要測量圖1中間所示的直流鏈路電壓，其精度為1%或更高。}

_{在制動(dòng)操作期間，直流連接電壓增加，需要主動(dòng)限制，例如通過(guò)打開(kāi)再生制動(dòng)器來(lái)保護功率級。低延遲測量為過(guò)電壓事件提供了更快的反應時(shí)間，使系統運行更接近其硬件的限制，使更緊密的設計邊際和更低的系統成本。這個(gè)直流鏈路電容通常是幾個(gè)100μF，在維修設備之前確定直流鏈路電容器是否已正確放電到安全水平，需要在低電壓（<100 V）下進(jìn)行精確測量。}

_{此外，高分辨率的交流紋波測量允許一個(gè)連接的交流電源的相位檢測損失，潛在地消除了一個(gè)單獨的柵邊相位測量的需要。紋波電壓的頻率是60hz的360 Hz三相電機電壓或300 Hz為50-Hz的三相電機電壓，因為有六個(gè)半波被糾正。在低負載下（當電機不旋轉時(shí)），紋波電壓的大小可以是非常低；因此，您可能更喜歡一個(gè)調制器的最高分辨率的測量。以獲取更多關(guān)于隔離放大器vs的信息。隔離調制器，見(jiàn)。具有單極輸入范圍的隔離放大器，如AMC1351（具有0至5V輸入范圍）或AMC1311（具有0到2V輸入范圍）是專(zhuān)門(mén)為直流鏈路電壓測量設計的。它們需要一個(gè)參考DCto的本地電源，如圖3所示的隔離變壓器電路。另一種方法是使用集成DC/DC的AMC3330變換器}

_{圖3。AMC1311隔離放大器與分立隔離變壓器電路。}

_{測量實(shí)際的相位電壓，而不是基于直流鏈路測量和PWM占空比來(lái)估計相位電壓，進(jìn)一步提高了無(wú)傳感器交流電機驅動(dòng)器的性能。直接測量相位電壓得到了更精確的結果，因為它包括了系統中的所有損失和PWM死時(shí)間失真的影響。}

_{一種方法是測量直流導軌的所有三個(gè)相，用三個(gè)單極輸入隔離放大器和一個(gè)隔離電源（如圖3所示）為所有三個(gè)隔離放大器的高側供電。另一種節省硬件成本的方法是只測量?jì)蓚€(gè)相對電壓并計算第三個(gè)電壓。這種方法只需要兩個(gè)隔離的放大器與雙極輸入范圍和在固件側最小的額外努力。這兩個(gè)測量是}

_{針對其中一個(gè)相位電壓進(jìn)行的，這需要供電的隔離來(lái)自頂部絕緣柵極雙極晶體管（IGBT）的浮動(dòng)高側柵極驅動(dòng)器電源的放大器，如圖4所示。具有內部DC/DC轉換器的設備，如AMC3330，極大地簡(jiǎn)化了電路，使額外的空間節省和更高的系統效率。}

_{圖4。AMC1350隔離放大器與一個(gè)浮動(dòng)電源。}

_{對于每一個(gè)電壓測量，電阻分頻器必須縮小高壓節點(diǎn)，以匹配隔離放大器[4]的輸入范圍。在設計一個(gè)電阻器分頻器電路時(shí)，有三個(gè)常見(jiàn)的挑戰：}

_{來(lái)自隔離放大器的輸入偏置電流，產(chǎn)生偏置誤差。}

_{傳感電阻與隔離放大器的輸入阻抗并行，降低了有效的傳感電阻并產(chǎn)生增益誤差。}

_{此外，由于過(guò)程的變化，隔離放大器的輸入阻抗可以在不同設備之間變化±20%，如果無(wú)法解釋?zhuān)瑢@示為增益誤差。電阻分頻器和隔離放大器的輸入阻抗中的溫度漂移。}

_{從TI的隔離電壓傳感放大器線(xiàn)中選擇具有高輸入阻抗和可忽略輸入偏置電流的器件，大大減少了克服這些挑戰所需的努力；然而，可以使用輸入偏置電流[5]的低輸入阻抗隔離放大器設計高精度電壓測量電路。}

_{輸入范圍的隔離放大器對輸入噪聲提供較低的靈敏度，并允許在低輸入電平下提供更高的精度。然而，較高的輸入電壓器件通常具有較低的輸入阻抗，如表1所示，并需要進(jìn)行增益校準，以達到最高的精度水平。高阻抗輸入設備提供了更高的未校準精度，并減少了設計工作量。}

_{高阻抗電壓測量隔離放大器，允許您在成本、性能、易于實(shí)現和板空間之間做出正確的權衡，以?xún)?yōu)化設計，以滿(mǎn)足您的要求，并滿(mǎn)足行業(yè)隔離性能標準。}