北京2019年6月10日 /美通社/ -- 變頻驅動器（VFD）是工(gong)(gong)業(ye)自動(dong)(dong)化(hua)機(ji)(ji)械的(de)(de)重要(yao)組成(cheng)部分。它們(men)能夠高效地驅動(dong)(dong)泵、風扇、傳送(song)帶、計算機(ji)(ji)數控機(ji)(ji)床和(he)(he)(he)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)自動(dong)(dong)化(hua)解決方案，有助(zhu)于降低工(gong)(gong)廠(chang)的(de)(de)總能耗。若VFD發生故障(zhang)會(hui)直接導致機(ji)(ji)器(qi)停機(ji)(ji)，進而(er)造(zao)成(cheng)工(gong)(gong)廠(chang)停工(gong)(gong)和(he)(he)(he)生產損失。因此，VFD的(de)(de)可靠性和(he)(he)(he)魯棒(bang)性是機(ji)(ji)器(qi)制造(zao)商(shang)和(he)(he)(he)工(gong)(gong)廠(chang)業(ye)主的(de)(de)關鍵要(yao)求。
圖1所示的三相逆變器結構是VFD的核心，能夠將整流后的電源電壓轉換為輸出到電機的可變頻率和可變電壓。逆變器的魯棒性是確保VFD魯棒性的關鍵要素。該項技術(shu)由德州儀器研發(fa)。
三相(xiang)逆(ni)變器的關(guan)鍵組件是絕緣柵(zha)雙極晶(jing)體管（IGBT）電源開(kai)關(guan)（通(tong)常(chang)集成(cheng)在(zai)單個IGBT模塊內）和(he)控制IGBT柵(zha)極的隔離(li)柵(zha)極驅動(dong)器。微(wei)控制器（MCU）產生彼此互補的高側(ce)和(he)低側(ce)脈沖寬度調制（PWM）信(xin)(xin)號，在(zai)PWM信(xin)(xin)號轉換期間插入死區(qu)時間。該死區(qu)時間確保頂部(bu)和(he)底部(bu)IGBT柵(zha)極信(xin)(xin)號不會同時為高電平。
MCU硬(ying)件故(gu)障或電機控制軟件故(gu)障可(ke)能導(dao)致MCU的高側和(he)低(di)側PWM信號(hao)鎖存為(wei)(wei)高電平。結果通過(guo)頂部(bu)(bu)和(he)底部(bu)(bu)IGBT的交(jiao)叉傳導(dao)，導(dao)致直流(liu)總線短(duan)路。將(jiang)電流(liu)傳感(gan)器(qi)(qi)插入直流(liu)總線可(ke)檢測(ce)過(guo)流(liu)情況，并通過(guo)柵極(ji)驅動(dong)器(qi)(qi)的啟用/禁(jin)用管腳或將(jiang)PWM信號(hao)驅動(dong)到柵極(ji)驅動(dong)器(qi)(qi)的緩沖器(qi)(qi)來禁(jin)用柵極(ji)驅動(dong)器(qi)(qi)。感(gan)測(ce)過(guo)流(liu)和(he)關機之間(jian)的延遲通常為(wei)(wei)幾(ji)微(wei)秒。但是，多次重復該(gai)感(gan)測(ce)序(xu)列會降(jiang)低(di)IGBT開關的可(ke)靠性和(he)壽命。IGBT開關為(wei)(wei)VFD內部(bu)(bu)最昂貴(gui)的半導(dao)體元件。
但(dan)如(ru)果兩個柵極驅動器都沒有響應(ying)偽PWM序(xu)列(lie)呢？無需使用額外(wai)的外(wai)部硬件(jian)，使用聯(lian)鎖法即(ji)可實現。
聯鎖高側和低側柵極驅動器
在圖2所示(shi)的(de)這種配置中，高(gao)側驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)仿真(zhen)二極(ji)(ji)管的(de)陽(yang)極(ji)(ji)連(lian)接到低(di)側驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)仿真(zhen)二極(ji)(ji)管的(de)陰極(ji)(ji)。高(gao)側驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)仿真(zhen)二極(ji)(ji)管的(de)陰極(ji)(ji)連(lian)接到低(di)側驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)仿真(zhen)二極(ji)(ji)管的(de)陽(yang)極(ji)(ji)。
德(de)州(zhou)儀器(qi)在“具(ju)有光模擬(ni)輸入柵極驅(qu)動(dong)器(qi)的200-480 VAC驅(qu)動(dong)器(qi)的三相逆變器(qi)參考設計(ji)”中(zhong)測(ce)試(shi)了(le)聯鎖電(dian)路配置的應用。
用于200-480 VAC驅動器的三相逆變器參考設計
如圖3所示，在正常工作期間，PWM脈沖是互補的，要么正向偏置UCC23513的輸入仿真二極管，要么反向偏置緩沖驅動電壓為-5 V的隔離柵極驅動器。高反向電壓UCC23513的仿真二(er)極管(guan)(guan)可處理(li)聯鎖配置(zhi)中(zhong)出現的反向電壓。而電流(liu)控制電容(rong)隔離(li)柵極驅(qu)動(dong)器不具(ju)有(you)高反向電壓處理(li)能力，且不能聯鎖。在(zai)死區時間內，仿真二(er)極管(guan)(guan)兩端的電壓為0 V。
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信號的響應。若兩個MCU輸出(chu)(chu)均(jun)為高(gao)電(dian)平，則柵(zha)極(ji)驅動器的輸出(chu)(chu)為低電(dian)平。無論輸入PWM信號如何，高(gao)側和低側柵(zha)極(ji)驅動器的輸出(chu)(chu)都不會同(tong)時變為高(gao)電(dian)平，從而(er)防止交叉(cha)傳導。
MCU PWM輸出 |
柵極驅動器的輸出 |
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高側PWM |
低側PWM |
高側PWM |
低側PWM |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
表1：聯鎖操作
您可將傳統的(de)(de)(de)光隔離柵極驅動器聯(lian)鎖，但它們不能帶來更(geng)多的(de)(de)(de)好處，比如更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)工(gong)作隔離電壓；更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)共模瞬(shun)變抗擾(rao)度；在高(gao)達150°C的(de)(de)(de)結溫(wen)下工(gong)作，以及諸如較低(di)的(de)(de)(de)傳播延遲和較低(di)的(de)(de)(de)脈沖寬度失真等改進(jin)的(de)(de)(de)開(kai)關參數。
UCC23513采用業(ye)界(jie)標準的(de)六管腳小(xiao)外(wai)形封裝，您無(wu)需任何額(e)外(wai)的(de)原理圖或印刷電路板設計更改，即可通(tong)過簡易交(jiao)換輕松升(sheng)級(ji)現有VFD中的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)。
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