通過隔離控制和電源電路消除噪聲耦合現(xiàn)象,是應(yīng)對(duì)這一問題的主要工具之一。隔離電路的性能是決定驅(qū)動(dòng)性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)軸位置編碼器將產(chǎn)生頻率為100 kHz或以上的數(shù)字脈沖流。然而,在許多情況下,編碼器上安裝的電路會(huì)提高設(shè)備的精度,并使數(shù)據(jù)速率增加到10 Mbps以上。另外,跨越分流器的反饋信號(hào)也可以隔離,方法是先把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字位流,然后把該位流與低功耗電路隔離開來。這種情況下,數(shù)據(jù)速率為10 Mbps至20 Mbps。柵極驅(qū)動(dòng)電路所需要的開關(guān)性能似乎并不高,因?yàn)殡姍C(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器的開關(guān)速率很少超過20 kHz。然而,需要在設(shè)備和低端設(shè)備的開關(guān)信號(hào)之間插入一個(gè)死區(qū),以防止發(fā)生直通。死區(qū)為功率開關(guān)的開啟和關(guān)閉延遲以及隔離電路所致延遲的不確定性的函數(shù)。死區(qū)延長(zhǎng)會(huì)給逆變器傳遞函數(shù)帶來更多非線性,結(jié)果將產(chǎn)生無用的電流諧波,并可能降低驅(qū)動(dòng)效率。因此,跨越電源電路和控制電路之間的隔離柵發(fā)送數(shù)據(jù)的方法不得在開關(guān)過程中帶來時(shí)序的不確定性,并須具備較強(qiáng)的抗噪能力。
隔離器技術(shù)傳輸速率比較
隔離不得給整體系統(tǒng)性能帶來任何顯著的時(shí)序不確定性或時(shí)序誤差。標(biāo)準(zhǔn)光耦合器的傳播延遲為微秒級(jí),可能因器件而異,因溫度和壽命而異。光耦合器技術(shù)在時(shí)序性能方面存在一些根本的不足,而現(xiàn)代數(shù)字隔離器采用完全不同的運(yùn)算原則,其速率也更高�?梢栽谟兴壑缘那闆r下增加光耦合器的速率。光耦合器的工作原理是,將來自LED的光發(fā)送至一種光學(xué)透明的隔離材料,并用另一端的光電二極管檢測(cè)光。光耦合器的速度與光電二極管檢波器的速率以及為其二極管電
容充電的時(shí)間直接相關(guān)。減少傳播延遲的一種方法是增加發(fā)射的光量。通過提高LED電流,可以使延遲減少2或3倍,但其代價(jià)是設(shè)備功耗會(huì)增加,每個(gè)數(shù)據(jù)通道高將達(dá)50 mW。提高速度的另一種辦法是通過使用更薄的隔離柵來減少光傳輸損耗。為了維持相同的隔離能力,需要增加一層材料功率電感,但代價(jià)是成本也將增高。更快的光耦合器比標(biāo)準(zhǔn)的低成本光耦合器要貴許多倍。
相反,數(shù)字隔離器則是采用標(biāo)準(zhǔn)的高速CMOS工藝,并搭載隔離式片內(nèi)微變壓器。其傳輸速率自然比光耦合器快很多。較高的速度是電路和設(shè)計(jì)與生俱來的特點(diǎn),不需要更復(fù)雜、成本更高的隔離材料也可實(shí)現(xiàn)更高的速度。變壓器可以以高150 Mbps的傳輸速率傳遞數(shù)據(jù),傳播延遲低至32 ns,功耗<5 mW,開關(guān)速率為25 kHz或以上。速度更快的另一個(gè)好處是,通道間的匹配優(yōu)于5 ns,比標(biāo)準(zhǔn)光耦合器高出了一個(gè)數(shù)量級(jí),僅以大約一半的單位通道成本即可實(shí)現(xiàn)比光耦合器快3至4倍的性能。
隔離的抗噪性
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,隔離還提供了一個(gè)分離噪聲源的機(jī)會(huì),方法是以電流方式將噪聲從功率開關(guān)電路和控制電路之中隔離開來。以下各項(xiàng)之間有安全隔離需求:高壓總線、線路電壓和用戶界面,以同時(shí)保護(hù)人、保護(hù)其他設(shè)備。還需要在功能上使開關(guān)和低端開關(guān)與控制電路相隔離。隔離元件必須能提供必要的隔離,同時(shí)也需對(duì)嘈雜環(huán)境不敏感。
衡量隔離器分離地域之間高速噪聲的能力的指標(biāo)一般稱為共模瞬變抗擾度(CMTI)。CMTI旨在衡量一個(gè)隔離器在隔離器數(shù)據(jù)通信不被噪聲打斷的情況下,對(duì)隔離柵中的電壓噪聲的抑制能力。其單位是kV/μs瞬變。
電壓瞬變?cè)肼暱缭礁綦x柵的路徑一般是寄生電容跨過隔離器中的隔離柵。光耦合器的CMTI一般較差,為15 kV/μs。一些現(xiàn)代數(shù)字隔離器采用電容耦合數(shù)據(jù)隔離技術(shù),其信號(hào)和共模噪聲使用同一路徑。基于變壓器的隔離器(如ADI的iCoupler數(shù)字隔離器) 的信號(hào)路徑不同于噪聲路徑,其CMTI的值一般為50 kV/μs或以上。