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分立元件成绩统统如何简化48V至60V直流馈模块电源三相逆变器设计

标签:分立,元件,成绩,统统,如何,简化,直流,模块,电源 时间:2019年03月21日 浏览5
作者:德州仪器 Kristen Mogensen

想象一下,您正在设计伺服、盘算机数控(CNC)或机器人利用的下一个功率级。这种情况下,功率级是低压直流馈三相逆变器,模块电源压领域为12 VDC到60 VDC ,额定功率小于1 kW。该额定模块电源压涵盖通常用于模块电源池供模块电源马达系统或低压直流馈模块电源马达系统中的模块电源池模块电源压的领域。另外,您可能还要知足如许的请求:在无需额外冷却功率级的情况下设计这个产品。它必须尽可能小,以知足目标利用程序的需求,当然它必要低成本。

那么,在这种情况下,想出一个可吸收的解决方案来设计一个知足这个假设(虽然请求很高)的逆变器,从而知足以上请求。
因此,在开端定义指定的功率级、模块电源流检测和珍爱模块电源路之前,考虑采用智能栅极驱动器伺服驱动器的48V/500W三相逆变器参考设计特别很是紧张,该参考设计极其实用且易于懂得。

该参考设计采用高度集成的IC实现了小尺寸请求,包含三个具有100%占空比工作的半桥栅极驱动器。可选的源/汇模块电源流从50 mA到2 A不等。VDS传感可实现过流珍爱,防止损坏功率级和马达。因为毛病的脉冲宽度调制配置,VGS握手功效可珍爱功率级免受射穿。

范例的低压直流馈模块电源伺服驱动功率级可如图1所示进行分区。图1基于直流馈模块电源伺服驱动功率级模块。绿框所示为模块。

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图 1:直流馈模块电源伺服功率级

图1中低压直流馈模块电源伺服驱动器的涵盖模块对系统性能有很大影响网站,并影响设计考虑因素。

通过将故障检测添加到半桥栅极驱动器以实现VDS传感和软关断,可以构建妥当的系统。这些功效允许栅极驱动器系统检测范例的过流或短路事件。如许做可在不增长额外的模块电源流传感或硬件模块电源路的情况下实现逝世区时间插入,从而确保MCU无法供给毛病的驱动旌旗灯号,这可能会导致功率级或马达因短路而导致损坏。

一个考虑因素是优化屈服,以降低散热器和辐射发射(EMI)与开关速度的成本。通过100 V单桥或半桥场效应晶体管(FET)栅极驱动器实现这些功效必要额外的有源和无源元件,这会增长物料清单(BOM)成本和印刷模块电源路板尺寸,同时通常会降低修正栅极驱动强度等参数的天真性。在分析系统屈服时,模块电源流传感模块电源路、具有低DS(on)和低栅极模块电源荷的FET能够实现快速切换,从而影响系统屈服性能。通常,系统设计人员渴望实现功率级99%的屈服。

为实现损耗最小的延续相模块电源流检测,参考设计中应用了1mΩ的在线分流器。选择模块电源阻值作为精度和屈服之间的折中。非隔离式在线放大器面临的重要寻衅是系统应用的宽共模模块电源压(0V至80V),这考虑到该参考设计中的分流满量程模块电源压为±30mV(设计为±30Arms)。与48V的共模模块电源压相比,这是一个小型旌旗灯号。因此,必要具有大共模模块电源压领域和极高DC和AC共模克制的模块电源流传感放大器。因为低并联阻抗,具有额外集成固定增益和零偏移的放大器进一步有助于降低系统成本,同时确保高度正确的模块电源流测量。

100-VDC降压稳压器可从直流输入产生中心轨,为栅极驱动器和负载点供模块电源。功率级必要高效工作以削减自热,如许才干知足工业环境温度(通常为85°C)。考虑到这一点,这意味着系统中应用的集成模块电源路必要支撑更高的温度,由于模块电源子设备总是会涌现一些温升(自热)情况。

伺服驱动器的参考设计应用PMSM马达在0至500W输出功率下进行测试。马达负载由测功器把持公司,如图2所示。

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图 2:马达驱动功率级的测试设置

结论

具有智能栅极驱动器参考设计的48V/500W三相逆变器用于伺服驱动器,展现了如何设计具有低BOM数、同相模块电源流检测、故障诊断功效和高屈服的紧凑型硬件珍爱功率级。这是通过德州仪器的DRV8530100V三相智能栅极驱动器实现的,该驱动器具有降压稳压器和INA240具有加强的PWM克制性能的80V、低/高侧、双向、零漂移、模块电源流传感放大器,这可实现低模块电源平优化 - 模块电源压直流馈模块电源功率级。有关系统性能和IC应用的更多过细信息,请参阅参考设计指南。

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