交流电压电动机驱动器的光耦合器电路隔离！-先进光半导体

    隔离是交流电压电动机驱动器不可或缺的一部分。提供电隔离的方法有几种，主要是使用光耦合器和数字隔离器。与传统的光耦合器相比，数字隔离器的使用具有许多优势，其中一些优势包括降低成本，减少组件数量并提高可靠性。本文将比较传统电机控制器设计中的隔离方法，以突出数字隔离器的优势。

    光电耦合器数字隔离器背景

    光耦合器使用来自LED的光将数据通过隔离栅传输到光电二极管。随着LED的开和关驱动，逻辑高电平和低电平信号在电隔离的光电二极管侧生成。光耦合器的速度与检测器光电二极管的速度以及为其二极管电容充电所需的时间直接相关。提高速度的一种方法是增加LED电流，但这是以增加功耗为代价的。

    相比之下，基于变压器的数字隔离器则使用变压器在隔离栅上磁耦合数据。变压器将电流脉冲通过一个线圈，以产生一个小的局部磁场，从而在另一个线圈中感应出电流。变压器的传输速度本质上比光耦合器快得多。变压器也是差分的，并具有出色的共模瞬变抗扰性。而且，由于数字隔离器基于变压器，而光耦合器则基于LED，因此数字隔离器提供了比光耦合器更好的可靠性/MTTF。

    电机驱动设计中的隔离

    图中提供了由开发的高压FlexMC电动机控制驱动器的框图，该驱动器与ADSP-CM40x混合信号控制处理器接口。该驱动器接收通用交流输入，提供功率因数校正（PFC）前端，并驱动永磁同步电动机（PMSM），同时为运行在ADSP-CM40x（ARM）上的有传感器或无传感器控制提供必要的反馈条件®Cortex™-M4混合信号控制处理器，带有16位高精度模拟前端。中央是高压电力电子设备和控制器之间的隔离屏障。当ADSP-CM40x处理器以大地为参考时，电机电源电子器件以高电势浮动。因此需要隔离。本文将探讨在光耦合器上选择数字隔离器如何改善该设计。

    闭环电机控制设计的两个关键硬件元素是脉宽调制（PWM）控制器输出和电机相电流反馈。如框图所示，这些信号通过隔离栅。此外，隔离器的使用还具有其他一些功能，包括数字通信和低压，低功耗，隔离式DC-DC转换。

    PWM隔离

    功率级的脉冲宽度调制是所有电机驱动器的核心。开关频率通常在10kHz–20kHz范围内。在优化控制性能时，精确控制脉冲宽度，停滞时间和通道间延迟至关重要。当为PWM控制信号选择合适的隔离设备时，数字隔离器在性能和成本上比可比的光耦合器选件具有明显优势。

    例如，控制器在开关信号之间引入空载时间，以防止任何高端晶体管对和低端晶体管对同时导通（即直通）。死区时间是电源开关接通/断开的延迟以及隔离电路引入的延迟不确定性的函数。数字隔离器ADuM1310的通道间匹配仅为2ns，而光耦合器则为500ns。利用数字隔离器可以大大减少死区时间，从而提高功率逆变器的性能。此外，从比较表中可以看出，除了性能以外，ADuM1310还提供了集成度更高的解决方案，从而减少了元件数量和BOM成本。

    先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统．智能电表．自动检测设备．电信设备．测量仪器．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。