光耦合器與數(shù)字隔離器的背景知識(shí)
光耦合器使用LED發(fā)出的光將數(shù)據(jù)通過隔離柵傳輸?shù)揭粋€(gè)光電二極管。當(dāng)LED開啟和關(guān)閉時(shí)，將在電氣隔離光電二極管一端產(chǎn)生邏輯高和低信號(hào)。光耦合器的速度與光電二極管檢波器的速率以及為其二極管電容充電的時(shí)間直接相關(guān)。提升速度的一種方式是提高LED電流，但其代價(jià)是功耗的增加。
而基于變壓器的數(shù)字隔離器借助變壓器以磁性方式將數(shù)據(jù)通過隔離柵進(jìn)行耦合。 變壓器電流脈沖通過一個(gè)線圈，形成一個(gè)很小的局部磁場(chǎng)，從而在另一個(gè)線圈生成感應(yīng)電流。變壓器的傳輸速率自然比光耦合器快很多。而且變壓器為差分架構(gòu)，具有出色的共模瞬變抗擾度。另外，由于數(shù)字隔離器基于變壓器，而光耦合器則基于LED，因此，數(shù)字隔離器的可靠性/MTTF要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光耦合器。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中的隔離
圖1所示為Boston Engineering Corporation開發(fā)的高電壓FlexMC電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)的框圖。它接收一個(gè)通用交流輸入，提供一個(gè)功率因數(shù)校正(PFC)前端，驅(qū)動(dòng)一個(gè)永磁同步電機(jī)(PMSM)，并為一個(gè)帶傳感器或不帶傳感器的控制裝置提供必要的反饋調(diào)理。 中間部分是一個(gè)隔離柵，位于高電壓電源電子元件和控制器之間。 電機(jī)電源電子元件隨高電壓電勢(shì)而浮動(dòng)，而控制器則以大地為基準(zhǔn)，因此需要進(jìn)行隔離。
在閉環(huán)電機(jī)控制設(shè)計(jì)中，兩個(gè)關(guān)鍵的硬件構(gòu)成為脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器輸出和電機(jī)相位電流反饋。這些信號(hào)(如框圖所示)通過隔離柵。另外，隔離器的使用還可惠及幾種其他功能，包括數(shù)字通信和低電壓、低功耗和隔離dc-dc轉(zhuǎn)換。
PWM隔離
對(duì)功率級(jí)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，這是所有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的核心所在。開關(guān)頻率范圍一般為10 kHz-20 kHz。在優(yōu)化控制性能時(shí)，對(duì)脈沖寬度、死區(qū)時(shí)間和通道間延遲的精密控制顯得至關(guān)重要。在為PWM控制信號(hào)選擇適當(dāng)?shù)母綦x器件時(shí)，數(shù)字隔離器在性能和成本兩個(gè)方面都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于同級(jí)別的光耦合器選項(xiàng)(見表1中的比較)。
例如，控制器將在開關(guān)信號(hào)之間引入死區(qū)時(shí)間，以防止任何高端和低端晶體管對(duì)同時(shí)導(dǎo)通(即直通)。死區(qū)時(shí)間為功率開關(guān)的開啟和關(guān)閉延遲以及隔離電路所致延遲的不確定性的函數(shù)。ADuM1310 iCoupler數(shù)字隔離器的通道間匹配時(shí)間僅為2ns，光耦合器則高達(dá)500ns。采用數(shù)字隔離器可以大幅縮減死區(qū)時(shí)間，從而提高功率逆變器的性能。另外，如比較表中所示，除了性能以外，ADuM1310還是一種集成度更高的解決方案，可以減少元件數(shù)量和物料成本。
