德州儀器通過聯鎖柵極驅動器來提（tí）高（gāo）三相（xiàng）逆變（biàn）器的魯棒性
2019-6-10 來源：- 作者：-
變（biàn）頻驅動器（VFD）是工業自動（dòng）化（huà）機械的重要（yào）組成部分。它們（men）能夠高效地（dì）驅動泵、風扇、傳送帶、計算機數控機床和機器人（rén）自動化（huà）解決方案，有（yǒu）助（zhù）於（yú）降低工廠的總能耗。若VFD發生故障會（huì）直接導致機器停機，進而（ér）造（zào）成工廠停工和生產損失。因此，VFD的可靠性和魯棒性是機器製造商和工廠業主的關（guān）鍵要求。
圖1所示的三相逆變（biàn）器結構是VFD的核心，能夠將整流後的電源電壓轉（zhuǎn）換為輸出到電機的可變頻（pín）率和可變（biàn）電壓。逆變器的魯（lǔ）棒性是確（què）保VFD魯棒性（xìng）的關（guān）鍵要素。該項（xiàng）技術由德州儀器研發（fā）。
帶隔離柵極驅動器的三相逆變器（qì）
三相逆變器的關（guān）鍵組件是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）電源開關（通常集成在單個IGBT模塊（kuài）內）和（hé）控（kòng）製IGBT柵極的隔離（lí）柵（shān）極驅動器。微（wēi）控製器（MCU）產生彼此互補的高（gāo）側和低側脈衝寬度調製（PWM）信號，在PWM信號轉換期間插入死區時（shí）間。該死區時間確保頂部和底部IGBT柵極信號（hào）不會同時為高電平。
MCU硬件故（gù）障（zhàng）或電（diàn）機控製軟件故障可能導致MCU的高側（cè）和（hé）低側PWM信號鎖存為高電平。結果通過頂部和底部IGBT的交叉傳（chuán）導，導致直流總線短路。將電流傳感器插入直流總線可檢測（cè）過流情況（kuàng），並通過柵極驅動器的啟用/禁用管腳（jiǎo）或將PWM信號驅動到柵極驅（qū）動器的緩衝器來禁用柵極驅動器。感測過流和關機之間的延遲通（tōng）常為幾微秒。但是，多次重複該感測序列（liè）會降低IGBT開關的可靠性和（hé）壽命。IGBT開（kāi）關為VFD內部最昂貴的半導體元件。
但如果兩個（gè）柵極驅動器（qì）都沒有響應偽PWM序列呢？無需使用（yòng）額外的外部硬件，使用（yòng）聯（lián）鎖（suǒ）法（fǎ）即可實現。
聯鎖高（gāo）側和低側柵極（jí）驅動器
在圖2所示的（de）這種配置中，高側驅動器仿（fǎng）真二（èr）極管的陽極連接（jiē）到低（dī）側驅動器仿（fǎng）真二極管的陰極。高側驅動器仿真二極管的陰（yīn）極連接到低側驅動器仿真二極管（guǎn）的陽極。
聯鎖電路配置
德州儀（yí）器在“具有（yǒu）光模擬輸入柵極驅（qū）動器的200-480 VAC驅動器的三相逆變（biàn）器參考設計”中測試了聯鎖電路配（pèi）置的應用。
用於（yú）200-480 VAC驅動（dòng）器（qì）的三相逆變器參考設計（jì）
立即下載設計
如圖3所示，在正常工作期間（jiān），PWM脈衝是互補的，要麽正向偏置（zhì）UCC23513的（de）輸入仿真二（èr）極管，要麽反向偏置（zhì）緩衝（chōng）驅動電壓為-5 V的隔離（lí）柵極（jí）驅動器。高（gāo）反向電壓UCC23513的（de）仿真二（èr）極管可處理聯鎖配置中出現的反向電（diàn）壓（yā）。而電流控製電（diàn）容隔離柵極（jí）驅動器不具有高反向電壓處理能力，且不能聯鎖。在死區時間內，仿真二極（jí）管兩（liǎng）端的電壓為0 V。
帶聯鎖的正常PWM操作
有目的地插入負死區時間可讓您檢查聯鎖電路對來自MCU的故障PWM信號的（de）響應。若兩個MCU輸出均為高電平，則（zé）柵極驅動器的輸出為低電平。無論輸入PWM信號如何，高側和低側柵極驅動器的輸出都不會同時變為（wéi）高（gāo）電平，從而防止交叉傳導。
您可（kě）將傳統的光隔（gé）離柵極驅動器（qì）聯鎖，但它們不能帶來（lái）更多（duō）的好處，比如更高（gāo）的工作隔離電壓；更高的共模瞬變抗擾度；在高達150°C的結溫下工（gōng）作，以及諸如較低的傳播延遲和較低的脈（mò）衝（chōng）寬度失真等改進的開關（guān）參數。
UCC23513采用業界標準的六管腳小外形封裝，您無需任何（hé）額外的原（yuán）理圖或印刷（shuā）電路板設計更改，即可通過簡易交（jiāo）換輕鬆升級現有VFD中的逆（nì）變器。
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