【導讀】變頻驅動(dòng)器（VFD）是工業(yè)自動(dòng)化機械的重要組成部分。它們能夠高效地驅動(dòng)泵、風(fēng)扇、傳送帶、計算機數控機床和機器人自動(dòng)化解決方案，有助于降低工廠(chǎng)的總能耗。若VFD發(fā)生故障會(huì )直接導致機器停機，進(jìn)而造成工廠(chǎng)停工和生產(chǎn)損失。因此，VFD的可靠性和魯棒性是機器制造商和工廠(chǎng)業(yè)主的關(guān)鍵要求。
變頻驅動(dòng)器（VFD）是工業(yè)自動(dòng)化機械的重要組成部分。它們能夠高效地驅動(dòng)泵、風(fēng)扇、傳送帶、計算機數控機床和機器人自動(dòng)化解決方案，有助于降低工廠(chǎng)的總能耗。若VFD發(fā)生故障會(huì )直接導致機器停機，進(jìn)而造成工廠(chǎng)停工和生產(chǎn)損失。因此，VFD的可靠性和魯棒性是機器制造商和工廠(chǎng)業(yè)主的關(guān)鍵要求。
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(guān)鍵要素。
三相逆變器的關(guān)鍵組件是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）電源開(kāi)關(guān)（通常集成在單個(gè)IGBT模塊內）和控制IGBT柵極的隔離柵極驅動(dòng)器。微控制器（MCU）產(chǎn)生彼此互補的高側和低側脈沖寬度調制（PWM）信號，在PWM信號轉換期間插入死區時(shí)間。該死區時(shí)間確保頂部和底部IGBT柵極信號不會(huì )同時(shí)為高電平。
MCU硬件故障或電機控制軟件故障可能導致MCU的高側和低側PWM信號鎖存為高電平。結果通過(guò)頂部和底部IGBT的交叉傳導，導致直流總線(xiàn)短路。將電流傳感器插入直流總線(xiàn)可檢測過(guò)流情況，并通過(guò)柵極驅動(dòng)器的啟用/禁用管腳或將PWM信號驅動(dòng)到柵極驅動(dòng)器的緩沖器來(lái)禁用柵極驅動(dòng)器。感測過(guò)流和關(guān)機之間的延遲通常為幾微秒。但是，多次重復該感測序列會(huì )降低IGBT開(kāi)關(guān)的可靠性和壽命。IGBT開(kāi)關(guān)為VFD內部最昂貴的半導體元件。
但如果兩個(gè)柵極驅動(dòng)器都沒(méi)有響應偽PWM序列呢？無(wú)需使用額外的外部硬件，使用聯(lián)鎖法即可實(shí)現。
聯(lián)鎖高側和低側柵極驅動(dòng)器
在圖2所示的這種配置中，高側驅動(dòng)器仿真二極管的陽(yáng)極連接到低側驅動(dòng)器仿真二極管的陰極。高側驅動(dòng)器仿真二極管的陰極連接到低側驅動(dòng)器仿真二極管的陽(yáng)極。
圖2：聯(lián)鎖電路配置
德州儀器在“具有光模擬輸入柵極驅動(dòng)器的200-480 VAC驅動(dòng)器的三相逆變器參考設計”中測試了聯(lián)鎖電路配置的應用。
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(dòng)電壓為-5 V的隔離柵極驅動(dòng)器。高反向電壓UCC23513的仿真二極管可處理聯(lián)鎖配置中出現的反向電壓。而電流控制電容隔離柵極驅動(dòng)器不具有高反向電壓處理能力，且不能聯(lián)鎖。在死區時(shí)間內，仿真二極管兩端的電壓為 0 V。
有目的地插入負死區時(shí)間可讓您檢查聯(lián)鎖電路對來(lái)自MCU的故障PWM信號的響應。在圖4中，您可看到，若兩個(gè)MCU輸出均為高電平，則柵極驅動(dòng)器的輸出為低電平。無(wú)論輸入PWM信號如何，高側和低側柵極驅動(dòng)器的輸出都不會(huì )同時(shí)變?yōu)楦唠娖?，從而防止交叉傳導?/p>
表1：聯(lián)鎖操作
您可將傳統的光隔離柵極驅動(dòng)器聯(lián)鎖，但它們不能帶來(lái)更多的好處，比如更高的工作隔離電壓；更高的共模瞬變抗擾度；在高達150°C的結溫下工作，以及諸如較低的傳播延遲和較低的脈沖寬度失真等改進(jìn)的開(kāi)關(guān)參數。
UCC23513采用業(yè)界標準的六管腳小外形封裝，您無(wú)需任何額外的原理圖或印刷電路板設計更改，即可通過(guò)簡(jiǎn)易交換輕松升級現有VFD中的逆變器。
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