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变频驱动器（VFD）是工业自动化机械的重要组成部分。它们能够高效地驱动泵、风扇、传送带、计算机数控机床和机器人自动化解决方案，有助于降低工厂的总能耗。若VFD发生故障会直接导致机器停机，进而造成工厂停工和生产损失。因此，VFD的可靠性和鲁棒性是机器制造商和工厂业主的关键要求。
3 b$ ]& z& ], [5 s% H: z% k图1所示的三相逆变器结构是VFD的核心，能够将整流后的电源电压转换为输出到电机的可变频率和可变电压。逆变器的鲁棒性是确保VFD鲁棒性的关键要素。该项技术由德州仪器研发。
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k; s5 G. f. V带隔离栅极驱动器的三相逆变器% Z1 g/ x8 p5 ^8 Z: O; z2 w; e; \
三相逆变器的关键组件是绝缘栅双极晶体管（IGBT）电源开关（通常集成在单个IGBT模块内）和控制IGBT栅极的隔离栅极驱动器。微控制器（mcu）产生彼此互补的高侧和低侧脉冲宽度调制（PWM）信号，在PWM信号转换期间插入死区时间。该死区时间确保顶部和底部IGBT栅极信号不会同时为高电平。
8 H/ Z6 f3 V% H$ y7 S9 i: FMCU硬件故障或电机控制软件故障可能导致MCU的高侧和低侧PWM信号锁存为高电平。结果通过顶部和底部IGBT的交叉传导，导致直流总线短路。将电流传感器插入直流总线可检测过流情况，并通过栅极驱动器的启用/禁用管脚或将PWM信号驱动到栅极驱动器的缓冲器来禁用栅极驱动器。感测过流和关机之间的延迟通常为几微秒。但是，多次重复该感测序列会降低IGBT开关的可靠性和寿命。IGBT开关为VFD内部最昂贵的半导体元件。
% G8 E. J) K- i" s- ?3 \但如果两个栅极驱动器都没有响应伪PWM序列呢？无需使用额外的外部硬件，使用联锁法即可实现。
, F1 B9 M4 B+ k+ |2 R% T6 f7 y2 T联锁高侧和低侧栅极驱动器! s% l; |7 ^4 }, q) q& X( y
在图2所示的这种配置中，高侧驱动器仿真二极管的阳极连接到低侧驱动器仿真二极管的阴极。高侧驱动器仿真二极管的阴极连接到低侧驱动器仿真二极管的阳极。
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联锁电路配置/ A6 T. }4 M- d$ F _
德州仪器在“具有光模拟输入栅极驱动器的200-480 VAC驱动器的三相逆变器参考设计”中测试了联锁电路配置的应用。# C* ~ ?" {4 R5 v( r$ w$ v: s
用于200-480 VAC驱动器的三相逆变器参考设计
! U$ S. r9 e( u2 Z( e% d2 {立即下载设计! v. R! E, M _6 y" p! V
如图3所示，在正常工作期间，PWM脉冲是互补的，要么正向偏置UCC23513的输入仿真二极管，要么反向偏置缓冲驱动电压为-5 V的隔离栅极驱动器。高反向电压UCC23513的仿真二极管可处理联锁配置中出现的反向电压。而电流控制电容隔离栅极驱动器不具有高反向电压处理能力，且不能联锁。在死区时间内，仿真二极管两端的电压为0 V。' r6 b/ ^7 w' H6 W {' C/ u
, R8 J% ]# N! k带联锁的正常PWM操作0 H0 m% D+ p7 o
有目的地插入负死区时间可让您检查联锁电路对来自MCU的故障PWM信号的响应。若两个MCU输出均为高电平，则栅极驱动器的输出为低电平。无论输入PWM信号如何，高侧和低侧栅极驱动器的输出都不会同时变为高电平，从而防止交叉传导。
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/ O6 v3 {. X3 I6 s/ c( ?4 v' ?MCU PWM输出+ P& K6 x# q+ E7 Z# |0 q2 D
| 栅极驱动器的输出- U' c, _# P6 r+ t6 L9 O% t$ D- V
| 高侧PWM4 V3 S, {4 H8 i% F
| 低侧PWM, {6 z: s& P* I. w9 p
| 高侧PWM
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表1：联锁操作
. m; }* ]5 E- R. \1 F; o您可将传统的光隔离栅极驱动器联锁，但它们不能带来更多的好处，比如更高的工作隔离电压；更高的共模瞬变抗扰度；在高达150°C的结温下工作，以及诸如较低的传播延迟和较低的脉冲宽度失真等改进的开关参数。
- \% }3 D! G5 I5 z7 M2 Y& U( E+ _0 kUCC23513采用业界标准的六管脚小外形封装，您无需任何额外的原理图或印刷电路板设计更改，即可通过简易交换轻松升级现有VFD中的逆变器。
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发表于 2020-4-20 11:27
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