阻隔是沟通电压电机驱动不可分割的一部分。电气阻隔的办法有多种——首要选用光耦合器和数字阻隔器。运用数 字阻隔器与传统的光耦合器比较具有数种优势——其间包 括本钱更低、元件数量更少、可靠性更强。本文以传统电机操控器规划为根底，对几种阻隔办法进行比较，以突显数字阻隔器的优势。
光耦合器与数字阻隔器的布景常识
光耦合器运用LED宣布的光将数据经过阻隔栅传输到一个光电二极管。当LED敞开和封闭时，将在电气阻隔光电二 极管一端发生逻辑高和低信号。光耦合器的速度与光电二极管检波器的速率以及为其二极管电容充电的时刻直接相 关。进步速度的一种办法是进步LED电流，但其价值是功 耗的添加。
而根据变压器的数字阻隔器凭仗变压器以磁性办法将数据 经过阻隔栅进行耦合。变压器电流脉冲经过一个线圈，构成一个很小的部分磁场，然后在另一个线圈生成感应电 流。变压器的传输速率天然比光耦合器快许多。并且变压 器为差分架构，具有超卓的共模瞬变抗扰度。其他，由于 数字阻隔器根据变压器，而光耦合器则根据LED，因此， 数字阻隔器的可靠性/MTTF要远远优于光耦合器。
电机驱动规划中的阻隔
图1所示为Boston Engineering Corporation开发的高电压FlexMC 电机操控驱动的框图， 它能与ADSP-CM40x混合信号操控处理器对接。它接纳一 个通用沟通输入，供给一个功率因数校对（PFC）前端，驱 动一个永磁同步电机（PMSM），并为一个带传感器或不带 传感器的操控设备供给必要的反应调度，此设备运转于 ARM® CortexTM-M4混合信号操控处理器ADSP-CM40x及一个 16位高精度模仿前端。中心部分是一个阻隔栅，坐落高电 压电源电子元件和操控器之间。电机电源电子元件随高电 压电势而起浮，而ADSP-CM40x处理器则以接地为基准， 因此需求进行阻隔。本文将评论挑选数字阻隔器而非光电 耦合器将怎么改进该规划。
图1. 电机操控框图
在闭环电机操控规划中，两个要害的硬件构成为脉冲宽度 调制（PWM）操控器输出和电机相位电流反应。这些信号 （如框图所示）经过阻隔栅。其他，阻隔器的运用还可惠及 几种其他功用，包含数字通讯和低电压、低功耗和阻隔 DC-DC转化。
PWM阻隔
对功率级进行脉冲宽度调制，这是一切电机驱动的核心所 在。开关频率规模一般为10 kHz – 20 kHz。在优化操控功用 时，对脉冲宽度、阻滞时刻和通道间推迟的精细操控显得 至关重要。在为PWM操控信号挑选恰当的阻隔器材时， 数字阻隔器在功用和本钱两个方面都要远远优于同级其他 光耦合器选项（见表1中的比较）。
表1. PWM数字阻隔器与光耦合器的比较
例如，操控器将在开关信号之间引进阻滞时刻，以避免任何高端和低端晶体管对一起传导（即直通）。阻滞时刻为功率开关的敞开和封闭推迟以及阻隔电路所造成的推迟的不确定性的函数。ADuM1310数字阻隔器的通道间匹配时刻仅为2 ns，光耦合器则高达500 ns。选用数字阻隔器能够大幅减缩阻滞时刻，然后进步功率逆变器的功用。其他，如比较表中所示，除了功用以外，ADuM1310仍是一种集成度更高的处理计划，能够削减元件数量和物料本钱。
电机相位电流
大都高档电机驱动以电机相位电流为主反应。为了供给接连的反应，将超低电阻分流电阻与电机相位串联起来。但是，这会添加电路的杂乱性，由于需求丈量毫伏级的信号以及以快速dv/dt高频切换的百伏级共模电压摆幅。关于这种规划，两个AD7401A阻隔式Σ-Δ调制器用来丈量电机绕 组电流，数字位流则由ADSP-CM40x上的数字过滤电路进行处理。ADSP-CM40x的内置sinc滤波器答应与阻隔式Σ-Δ型调制器完成无缝衔接。第三相电流能够根据其他两相电流以数学办法核算得到，以削减功耗、下降元件本钱。AD7401A在单封装中集成了一个差分采样坚持级、一个Σ-Δ调制器和数字阻隔机制。高电压端模仿信号被转化成一个数字串行数据流，然后经过阻隔栅传输至低电压端。 AD7401A还含有一个时钟输入引脚，只需一个时钟源，即可一起对各器材进行丈量。正如表2所示，市场上确实存在集成度和本钱相似的光耦合器;但是，数字阻隔器技能在功耗、速度和可靠性方面的体现依然愈加杰出，这是与器材的根底结构相关的，更不用说AD7401A超卓的调制器功用。
表2. 相位电流数字阻隔器与光耦合器比较
数字通讯
I2C是一款双线、多分支通讯接口，一般用于为操控器供给数字或模仿I/O扩展才能。这种办法一般是定时监控或更新的“一般办理”类功用的预留办法。FlexMC高电压电路板选用一个I2C接口来与PFC操控器进行通讯，一起以一个ADC来监控总线电压、总线电流和IGBT温度。相反，没有一款光耦合器能够独自供给I2C阻隔才能。成果，如表3所示，ADuM1250在本钱、尺度、元件数量和功用方面都是比光耦合器更具优势的I2C阻隔挑选。ADuM1250答应ADSP-CM40x操控器只是运用一个双线外设接口经过一个阻隔器对高电压端的一切这些功用进行监控。
表3. I2C数字阻隔器与光耦合器的比较
阻隔电源
数字阻隔器技能给这种规划带来的另一优势在于能够发生超低电平的阻隔电源。两个ADuM5000器材用于发生5 V隔 离电源，具有最高500 mW的功率输出才能。这些用于驱动 Σ-Δ转化器的模仿端，后者会随快速改变的电机电压而起浮。这些阻隔电源与数据阻隔器选用相同的技能，因此， 它们都内置了一个开关频率为180 MHz的变压器。这一频率 比规范DC-DC转化器高出三个数量级，因此答应大幅减缩尺度。ADuM5000器材选用SO%&&&&&%-16封装，是供给低功率阻隔电压的一种简洁计划。
作者简介
Gaetano （Guy） Fichera是Boston Engineering Corporation电子产品部总监。Boston Engineering Corporation是一家工程咨询服务公司，面向商业和政府机构规划开发新一代产品处理计划。咱们供给跨学科的工程团队，能够为客户供给从概念验证到整个产品 生命周期的协助辅导。咱们凭仗从机器人到杂乱的机电体系及供应链开发的专业力气，极力协助客户处理每天面临的难题，本身也在不断生长强大。
