發布日期：2022-07-24 點擊率：83
電機和逆變器的使用在工業自動化、機器人、電動汽車、太陽能、白色家電和電動工具等應用中持續增長。伴隨著這種增長是對提高效率、降低成本、縮小封裝和簡化整體設計的需求。雖然使用分立式絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 設計定制電機和逆變器功率電子器件以滿足特定要求很有誘惑力，但從長遠來看，這樣做的成本很高，而且會延誤設計進度。
相反，設計人員可以使用現成的 IGBT 模塊，將多個功率器件組合到一個封裝中。此類模塊支持設計人員以最少的互連來開發緊湊的系統，從而簡化組裝，縮短上市所需時間，降低成本，并提高整體性能。配套使用合適的 IGBT 驅動器，使用 IGBT 模塊就可以開發出高效、低成本的電機驅動裝置和逆變器。
大多數三相逆變器在變頻驅動器、不間斷電源、太陽能逆變器和其他類似逆變器應用等應用中使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 。三相逆變器的每一相都使用一個高側和低側 IGBT 向電機線圈施加交替的正負電壓。電機的脈寬調制 (PWM) 控制輸出電壓。
三相逆變器還使用六個隔離柵極驅動器來驅動 IGBT。除了 IGBT 和隔離式柵極驅動器外，三相逆變器還包括直流母線電壓檢測、逆變器電流檢測和 IGBT 保護，如過熱、過載和接地故障。
在供暖、通風和空調 (HVAC)、太陽能泵和電器等許多終端應用中，成本和性能是具有挑戰性的權衡取舍。
那么在不影響系統性能的情況下節省物料清單 (BOM) 成本的最佳方法是什么？這里有一些戰術：
· 將高側和低側驅動器組合到一個封裝中。三相逆變器需要六個 IGBT 柵極驅動器。我們可以為每個 IGBT 使用單獨的柵極驅動器，但雙通道柵極驅動器有助于提高設計靈活性并降低 BOM 成本。
· 使用自舉為柵極驅動器供電。不用說，任何高壓逆變器應用都需要在柵極驅動器的初級側和次級側之間進行隔離，以實現可靠運行。隔離式柵極驅動器的高端和低端可能需要不同的電源。自舉電源不再為三相逆變器使用六個不同的隔離電源，而是將電源需求減少到只有一個，從而降低了總 BOM 成本和電路板空間。
· 使用簡單的比較器保護 IGBT。我們可以通過檢測電流和使用窗口比較器來實現簡單的過載和短路檢測。比較器輸出可以通過 DISABLE 功能禁用 IGBT 柵極驅動器。
TI 新發布的 UCC21520 是一款增強型隔離式雙通道柵極驅動器。具有 19ns（典型值）的同類最佳傳播延遲、可編程死區時間和寬電壓范圍使其真正適合此類逆變器應用。
除 IGBT 外，IGBT 柵極驅動器和電流檢測在確定三相逆變器級的成本和性能方面發揮著重要作用。考慮以下策略在電流檢測電路中節省 BOM：
· 分流器。分流器取代了笨重且昂貴的霍爾和磁通門電流傳感器模塊，優化了傳感電路的成本和空間。電流互感器也被考慮在內，但與分流器相比存在線性和性能問題。
· 同相電流感應可提供更好的感應性能（與支路電流感應相比）。同相電流檢測意味著有恒定的電機電流流過分流器（與支路電流檢測中的噪聲開關電流相比），無論哪個 IGBT 正在開關。此外，很容易檢測端子到端子短路和端子到 GND 短路。我們還可以使用兩個分流器進行成本優化，并使用來自其他兩個傳感電路的數據在軟件中計算第三相的電流。
· 考慮使用隔離放大器和分流器，而不是霍爾電流傳感器。使用隔離式 Σ-Δ 調制器進行電流檢測需要在軟件或硬件中實現數字濾波器。隔離放大器可與具有內置 SAR ADC 的低成本微控制器連接。
· 簡單的過流保護。具有快速響應時間（<5 至 6μs）的高帶寬隔離放大器和比較器可為逆變器提供快速過流保護，從而允許我們在系統中使用具有成本效益的柵極驅動器。
AMC1301 是 TI 新發布的精密增強型隔離放大器。它針對與分流電阻器的直接連接進行了優化，并支持精確的電流控制。AMC1301 的高線性度和低溫度漂移的失調和增益誤差可節省系統級功耗并降低轉矩脈動。具有 3μs 延遲和高側電源丟失檢測功能，適用于電機驅動應用。
新的TI Designs 具有電流、電壓和溫度保護的增強型隔離三相逆變器參考設計 (TIDA-00366)為額定功率高達 10kW 的三相逆變器提供了參考解決方案。圖 1 是高級框圖。
圖1 ：TIDA-00366 的高級框圖
該設計包括 UCC21520 增強型隔離式雙 IGBT 柵極驅動器、AMC1301 增強型隔離放大器和 TMS320F28027 MCU。通過使用 AMC1301 測量電機電流（與 MCU 的內部 ADC 接口）以及用于 IGBT 柵極驅動器的自舉電源，可以降低系統成本。逆變器的設計具有過載、短路、接地故障、直流母線欠壓和過壓以及 IGBT 模塊過溫保護。
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