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          为采用增强隔离的电机控制应用选择适用于电机驱动的隔离标准

          电机控制设计加油站 ? 2019-03-13 11:27 ? 次阅读

          作者:Cathal Sheehan Bourns® Electronics Nicola O’Byrne ADI公司

          简介

          在受益于新型数字隔离技术的电机控制系统设计中,使用电流检测电阻已成为一个趋势。元件级标准IEC 60747-17规定了容?#38498;?#30913;?#25321;?#21512;隔离器的性能、测?#38498;腿现?#35201;求,该标准的引入使得此类技术能够提供更高的可靠性。数字隔离还有其他好处,例如:环路响应更快、支持集成过流保护以及死区更窄等。这使得输出电压更平顺,进而对扭矩的控制也更得力。本文会简要介绍传统光耦合器技术标准与用于增强隔离的感?#38498;?#23481;性技术标准之间的差异。另外也会概述一个采用数字控制的电机驱动系统,其集成了电流检测电阻以检测绕组电流。本文还会就如何为此应用选择最合适的电流检测电阻提供一些建议。

          适用于电机驱动的隔离标准更新信息

          电机驱动设计人员大都知道设计需要满足国际隔离标准。隔离很重要,原因如下:

          * 防止高功率电路地连接的电气噪声感应到低功?#24066;?#21495;线?#39134;稀? 防止危险电压和电流传输到危害?#31995;?#30340;低?#22815;?#22659;,保障最终用户的安全。

          IEC 61010-1第3版标准规定,系统设计人员必须知晓导体间距离、电气间隙和爬电距离。它还规定,系统设计人员必须知道应将导线与罐装、模塑料和薄膜绝缘层中的金属部件分离。如果器件用在需符合IEC61010-1标准的系统上,设计人员应确保所选器件能保证一定的安全性。根据IEC 60747-17标准,增强隔离要利用行业公认的经时电介质击穿(TDDB)分析进行测试,这样有助于推断器件的使用寿命和连续工作电压(VIORM)。

          IEC 60747-17 (DIN V VDE V 0884-11)明确定义了采用感?#38498;?#23481;性技术的绝缘,而公认的IEC 60747-5-5标准则被用来定义采用光耦合器技术的绝缘。然而,IEC 60747-5-5没有规定通过TDDB分析来确定连续工作电压和使用寿命。它?#35272;?#23616;部放电电压测试来确定工作电压,但并未定义器件的工作寿命。因此,感?#38498;?#23481;性技术的最低额定寿命为37.5年,而对光耦合器隔离器则未作规定。

          表1总结了光耦合器和非光耦合器标准的主要差异。结论是随着时间推移,基于非光耦合器的标准会被更广泛地接受,因为其对设计工程师而言安全性更高,并且具有更长的工作寿命。

          表1. 光耦合器和非光耦合器隔离的主要区别

          图1. 采用数字隔离和检测电阻的三相电机驱动功能框图

          采用检测电阻的典型增强隔离系统

          图1所示为一个典型三相永磁电机驱动系统,其利用检测电阻测量绕组电流,并通过ADI公司的AD7403隔离式Σ-Δ调制器和sinc3滤波器提供反馈。AD7403使用单个二阶调制器数字化电路来将检测电阻的模拟信号转换为隔离的一位数字脉冲流,其大小取决于满量程输入电压范围。然后,sinc3滤波器提取电流平均值,同时消除逆变器开关产生的噪声。其存储器可?#28304;?#20648;一个代表电流的16位整数,与此同?#20445;?#23427;可以将该数值与一个代表电流限值的基准值相比较,如果发生过载,它就会通过单独的引脚发送警报。利用更短的滤波器监控过载,并将其与测量滤波器并联,可以缩短警报延迟时间。

          AD7403具有增强隔离特性,调制器可以直?#30828;?#37327;电流检测电阻的电压,除了一个由电阻和电容构成的简单分立低通滤波器以外,不需要其他额外元件。调制器的额定最大工作电压为±250 mV,因而电流检测电阻的阻值需小于250 mV/IMAX。

          选择合适检测电阻的考虑因素

          电阻温漂

          AD7403的输出为16位数值,因此限制电流测量潜在精度不是受限于ADC转换,而是受限于电压读数本身。电阻随温度的漂移取决于电阻元件使用的材质、功率额定值和元件的?#23548;?#23610;寸。

          由镍、铜、锰特殊合金制成的阻性元件的电阻温漂曲线呈抛物线形状,如图2所示。对于电流检测应用,这些合金是精度最高的材料。图2还显示了Bourns CSS4J-4026R型电阻温漂的上限和下限,对应于50 ppm/°C的温度系数。此差距是由电阻的铜引脚引起的,铜具有很高的TCR (4000 ppm/°C),导致温漂增加。

          Bourns CST0612系列是?#21830;?#27530;合金制成的1 W、4引脚电阻。其尺寸为3.2 mm × 1.65 mm,TCR为±100 ppm/°C,Bourns CST0612型和CSS4J-4026R型的TCR差异可以用铜含量相对于阻性元件的比例来解释。增加低热阻的铜有助于元件吸收高功率而不会过?#21462;?/p>

          本例展示了元件尺寸、功率额定值和阻值温漂的取舍关系。

          图2. Bourns CSS4J-4026R型电流检测电阻的抛物线形TCR曲线

          电阻温漂计算

          让我们以Bourns产品型号CSS4J-4026R-L500F为例,计算其在全功率和70°C环境温度下的电阻温漂。CSS4J-4026R-L500F是一款0.5mΩ (±1%)检测电阻,额定功率为5 W,最高环境温度为130°C。在170°C?#20445;?#20854;额定功率从100%减额至0 W。因此,该元件的热阻为8°C/W。在全功率和70°C环境温度下,预期元件的表面温度会达到110°C (70°C + 8×5°C)。110°C时的阻值温漂可?#28304;油?得知,25°C时的标称值为+0.45%。绝对容差为±1%,因此电流测量精度最大值为+1.45%。

          过载

          电机驱动?#32423;?#20250;发生短路,电流检测电阻必须能够承受短时过载而不受损。以Bourns CST0612型电流检测电阻为例,根据Bourns网站上的材料数据表,可以算出此元件的质量为0.0132 g。另外,也可以根据尺寸及铜合金的密度(8.4 g/cm3)来计算。温升速率可计算如下:

          其中,P为功率(W),m为元件质量(g),C为合金的比热容量。1 mΩ的电阻过载50 A?#20445;?#20250;产生每秒462°C的温度压摆率。假设稳态温度为50°C,则短?#20998;?#26399;的宽度不能超过0.22秒。通过在电路板上镀铜以增加整体质量,可以延长此宽?#21462;?/p>

          在相同过载下,使用较厚、较大的元件?#20445;?#20363;如质量为0.371 g的CSS4J-4026型电阻,温度压摆?#24335;?#26159;每秒16.5°C。假设元件表面温度为100°C,则它承受该能量的最长时间将是4秒,然后表面温度才会达到最大?#24066;?#20540;170°C。

          合适的阻值

          电阻提供的AD7403满量程输入为±250 mV。表2中的矩阵列出了最大电流时Bourns高功率电流检测电阻上的压降。对于?#31995;?#30005;压,设计人员可通过调整比例因子来补偿。

          表2. 最大电流和Bourns电流检测电阻上的压降

          结语

          根据IEC60747-17,具有增强隔离性能的数字隔离器的最低寿命应为37.5年。虽然更传统的光耦合器技术没有此类指标,但未来数字隔离系统会对设计人员提供更多保障。利用特殊合金制成的电流检测电阻具有很低的电阻温漂,其产生的输出电压可以由隔离式Σ-Δ调制器(例如采用ADI iCoupler®技术的器件)用一个可调整比例因子来读取。电流测量的精度取决于电阻温度,后者又取决于功率相对于额定功率的比例以及环境温?#21462;?/p>


          原文标题:为采用增强隔离的电机控制应用选择合适的检测电阻

          文章出处:【微信号:motorcontrol365,微信公众号:电机控制设计加油站】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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          本文档的主要内容详细介绍的是基于ir2014s功放做的电机驱动模块详细资料说明。
          发表于 04-02 08:00 ? 127次 阅读
          基于ir2014s功放做的电机驱动模块详细资料说明

          AD623接入采样电压,采样电压产生明显变化,为什么?

          如图1,不接入AD623,电桥两端电压输出为19.92mv 如图2,接入AD623,电桥一端输出变为7.971mv ...
          发表于 04-01 14:48 ? 170次 阅读
          AD623接入采样电压,采样电压产生明显变化,为什么?

          6大Demo演示ADI射频微波的技术力量

          ADRV9009宽带射频收发器演示。ADRV9009?#21830;?#20379;高达200M信号带宽和450M观测带宽,可....
          的头像 亚德诺半导体 发表于 03-31 11:37 ? 1035次 阅读
          6大Demo演示ADI射频微波的技术力量

          富昌电子推出基于电动汽?#30340;?#21464;器(EV Inverter)电机驱动整套方案

          全球领先的电子元器件分销商富昌电子(Future Electronics)今日发布符合功能安全基础的....
          发表于 03-29 10:45 ? 384次 阅读
          富昌电子推出基于电动汽?#30340;?#21464;器(EV Inverter)电机驱动整套方案

          ADI的8款产品荣登2018 EDN Hot 100产品榜!

          “功率器件”部分包括 IC、稳压器、控制器、驱动器及 FET 等。ADI 的高性能降压-升压型开关稳....
          的头像 电机控制设计加油站 发表于 03-28 16:05 ? 612次 阅读
          ADI的8款产品荣登2018 EDN Hot 100产品榜!

          直立行车的参考设?#21697;?#26696;详细资料说明

          为了提高全国大学生智能汽车竞赛创新?#38498;?#36259;味性,激发高校学生参与比赛的兴趣,提高学生的动手能力、创新能....
          发表于 03-28 14:53 ? 67次 阅读
          直立行车的参考设?#21697;?#26696;详细资料说明

          ADI新品上线,助力 5G 收发器实现高性能、小尺寸!

          ADI 推出 ADMV1013和ADMV1014,它们是高集成度微波上变频器和下变频器。
          的头像 Excelpoint世健 发表于 03-26 14:07 ? 812次 阅读
          ADI新品上线,助力 5G 收发器实现高性能、小尺寸!

          IEC、EN、AS、NZS、UL、CSA60065试验测试数据表

          本文档的主要内容详细介绍的是IEC、EN、AS、NZS、UL、CSA60065试验数据表。
          发表于 03-26 08:00 ? 16次 阅读
          IEC、EN、AS、NZS、UL、CSA60065试验测试数据表

          AD9510关于PLL锁定频率的寄存器配置?

            最近在使用AD9510这款芯片配置时钟,?#22771;?#31243;序已经能够将输入频率直接?#21046;?#36755;出,但是PLL锁相环这部分始终没能够...
          发表于 03-23 15:04 ? 166次 阅读
          AD9510关于PLL锁定频率的寄存器配置?

          国产电机驱动芯片

               希望对各位有帮助!! 推荐课程: 张飞软硬开源,基于STM32 BLDC直流无刷电机驱动器视频...
          发表于 03-23 11:45 ? 520次 阅读
          国产电机驱动芯片

          ADI公司首个新产品新闻 快速了解3月新品信息

          ADI的 Power by Linear? 20 VIN μModule?(电源模块)稳压器 LTM....
          的头像 人间烟火123 发表于 03-22 08:59 ? 1283次 阅读
          ADI公司首个新产品新闻 快速了解3月新品信息

          力士乐编程软件IndraLogic软件应用程序免费下载

          IndraLogic ?#24378;?#32534;程逻辑控制 PLC 的完整开发环境(IndraLogic 是 Contr....
          发表于 03-22 08:00 ? 73次 阅读
          力士乐编程软件IndraLogic软件应用程序免费下载

          ADI领?#30830;?#26696;?#26009;?#24917;展 助力加速迈向工业4.0

          在 electronica China 2019 开幕的第一天,ADI 系统解决方案事业部总经理赵轶....
          的头像 刘伟DE 发表于 03-22 01:40 ? 1575次 阅读
          ADI领?#30830;?#26696;?#26009;?#24917;展 助力加速迈向工业4.0

          UnitedSiC宣布ADI的战略投资合作

          碳化硅(SiC)功率半导体制造商UnitedSiC于3月21日宣?#21363;?#25104;与ADI公司(Analog D....
          发表于 03-22 00:34 ? 243次 阅读
          UnitedSiC宣布ADI的战略投资合作

          美国模拟器件公司ADI推出了一款多轴运动传感器ADIS16355

          ADIS16355可?#38498;?#23481;易地与工业系统设计融为一体,通过精确的运动分析与控制,提高系统性能,并使设....
          发表于 03-20 13:44 ? 206次 阅读
          美国模拟器件公司ADI推出了一款多轴运动传感器ADIS16355

          请问ADN4612或者ADN4604能否提供一下驱动源码

          最近开发ADN4612,有没有大佬用过的,能否提供一下驱动源码,或者寄存器配置?#20581;? ...
          发表于 03-18 16:14 ? 222次 阅读
          请问ADN4612或者ADN4604能否提供一下驱动源码

          《新概念模拟电路》系列?#20801;?#31532;三、四册火爆上架!快来下载?#23545;?#25918;电路的频率特?#38498;?#28388;波器》《信号处理电路》吧!

          大家期待已久的~~~~~~ 新概念模拟电路第三册?#23545;?#25918;电路的频率特?#38498;?#28388;波器》和第四册《信号处理电路?#20998;?#20110;上新了!而且是两本同...
          发表于 03-16 16:45 ? 1613次 阅读
          《新概念模拟电路》系列?#20801;?#31532;三、四册火爆上架!快来下载?#23545;?#25918;电路的频率特?#38498;?#28388;波器》《信号处理电路》吧!

          ADI 最受欢迎的技术文章

          以下10篇文章是ADI最受欢迎的技术文章,供大家参考学习 (转自ADI社区,) 1、为?#25105;?#38548;离 LVDS? 低压差?#20013;?#21495;传...
          发表于 03-15 12:00 ? 132次 阅读
          ADI 最受欢迎的技术文章

          ADIS16350的使用

          怎么样写程序读取ADIS16350存储信息?
          发表于 03-15 08:55 ? 283次 阅读
          ADIS16350的使用

          IRSM808-105MH适用于小型电器电机驱动应用的半桥IPM数据手册

          IRSM808-105MH是一个10A,500V半桥模块,设计用于先进的设备电机驱动应用,如节能风扇....
          发表于 03-15 08:00 ? 44次 阅读
          IRSM808-105MH适用于小型电器电机驱动应用的半桥IPM数据手册

          ADI汽车电子主要创新技术介绍

          最新数据显示,中国大陆汽车保有量已经达到2亿辆!平均不到7人就有一辆汽车!
          的头像 MEMS 发表于 03-14 19:18 ? 942次 阅读
          ADI汽车电子主要创新技术介绍

          BLDC市场快速增长,平台化解决方案来帮忙

          随着中国家电业执行5级能效标准,能效标准变得更?#21451;细瘢?#21464;频电机市场转?#21462;?据市场预测,2010年至2....
          的头像 荷?#30701;? 发表于 03-13 16:35 ? 1063次 阅读
          BLDC市场快速增长,平台化解决方案来帮忙

          请?#35797;?#20040;在multisim数据库中加元件?

          怎样在multisim中加ADI_All_MultiSim_Symbols中的元件符号...
          发表于 03-13 14:40 ? 81次 阅读
          请?#35797;?#20040;在multisim数据库中加元件?

          详细地讨论位到毫米波无线电

          之前我们分享了 毫米波通信部署情形和传播注意事项 以及 毫米波的波束合成 ,今天,让我们更详细地讨论....
          的头像 电机控制设计加油站 发表于 03-13 11:32 ? 810次 阅读
          详细地讨论位到毫米波无线电

          BTN7971B如何检测是否损坏

          请问哪位大佬知道,电机驱动BTN7971B如何检测其是否?#26723;簦?#39537;动并没有冒烟,两端也有电压,就是没有输出。 推荐课程: 张...
          发表于 03-12 15:06 ? 400次 阅读
          BTN7971B如何检测是否损坏

          《通用集成电路速查手册》PDF版电子书免费下载

          《通用集成电路速查手册》自面世以来,多次印刷,为了适应新的形势、更好地服务读者,我们又集中力量做了修....
          发表于 03-12 08:00 ? 710次 阅读
          《通用集成电路速查手册》PDF版电子书免费下载

          使用微型模块SIP中的集成无源器件

          集成无源器件在我们的行业中并不是什么新事物——它们由来已久且众所周知。?#23548;?#19978;,ADI公司过去曾为市场....
          的头像 人间烟火123 发表于 03-11 13:43 ? 420次 阅读
          使用微型模块SIP中的集成无源器件

          电子行业将为电机驱动和控制组件提供新动力

          镝,?#24076;?#38032;和铽?#35748;?#22303;元素是高效永磁电机(PMM)中使用的磁铁的关键成分。这些电机提供的效率,出色的扭....
          的头像 电子设计 发表于 03-07 09:59 ? 949次 阅读
          电子行业将为电机驱动和控制组件提供新动力

          应用于BLDC电机驱动应用的STK984-190-E功率集成模块

          视?#23548;?#20171;:本视?#23548;?#20171;?#37319;?#32654;半导体创新的、集成的STK984-190E,一款30 A/40 V MOS....
          的头像 EE techvideo 发表于 03-07 06:18 ? 270次 观看
          应用于BLDC电机驱动应用的STK984-190-E功率集成模块

          内置控制功能的驱动产品才是王道,PLC面临淘汰?

          基于这?#20013;?#27714;,电机驱动及传动部分的发展使制造商可以通过内置的技术?#30913;?#32622;各?#27490;?#33021;,这些技术减小甚至完全....
          的头像 电子发烧友网工程师 发表于 03-06 14:46 ? 623次 阅读
          内置控制功能的驱动产品才是王道,PLC面临淘汰?

          ADI推出一款嵌入式系统 用于为电动和混合动力汽车产生发动机声音

          ADI今天推出一款嵌入式系统,用于为电动(EV)和混合动力汽车(HEV)产生发动机声音。通过采用AD....
          发表于 03-05 14:30 ? 292次 阅读
          ADI推出一款嵌入式系统 用于为电动和混合动力汽车产生发动机声音

          MEMS开关基本原理及性能优势

          本文介绍ADI公司突破性的微机电系统(MEMS)开关技术。与传统机电继电器相比,ADI公司的MEMS....
          的头像 MEMS 发表于 03-04 15:34 ? 780次 阅读
          MEMS开关基本原理及性能优势

          SPM2及SPM3智能功率模块的电机驱动方案

          视?#23548;?#20171;:在本视频中,我们将为您介绍SPM2及SPM3智能功率模块。采用这些模块的设计人员可构建更紧....
          的头像 EE techvideo 发表于 03-04 06:27 ? 276次 观看
          SPM2及SPM3智能功率模块的电机驱动方案

          如何扩大电动汽车规模

          在更?#32454;?#30340;二氧化碳管制和更具环保意识的消费者的推动下,转向电动汽车的速度继续加快,预计到2025年,....
          的头像 电机控制设计加油站 发表于 03-03 10:22 ? 1385次 阅读
          如何扩大电动汽车规模

          音频系统性能是否高,这两个器件很关键

          一旦电源受到很好的调节,噪声减小到所需水平,下一个重要方面便是系统中的谐波失真,有很多因素可能会产生....
          的头像 电机控制设计加油站 发表于 02-20 14:35 ? 544次 阅读
          音频系统性能是否高,这两个器件很关键

          L298N电机驱动模块的介绍和使用电路图和程序说明

          本文档的主要内容详细介绍的是L298N电机驱动模块的介绍和使用电路图和程序说明。
          发表于 02-20 08:00 ? 301次 阅读
          L298N电机驱动模块的介绍和使用电路图和程序说明

          车用电源管理的挑战如何?#24179;猓?#29790;萨、ADI?#20154;?#22823;厂商方案支招

          电子设备在汽车上的诸多应用,造成车用电源管理与供电系统变得更为先进与?#19995;櫻?#20351;得电源管理的问题便成为汽....
          的头像 章鹰 发表于 02-15 00:11 ? 2630次 阅读
          车用电源管理的挑战如何?#24179;猓?#29790;萨、ADI?#20154;?#22823;厂商方案支招

          ADI大咖谈电源设计的关键要素和解决之道

          相较于数字逻辑产品,电源作为模拟产品中的重要类别,可以说是基础科技和产业,随着行业应用日趋广泛多元,....
          的头像 坚白 发表于 01-30 15:22 ? 5594次 阅读
          ADI大咖谈电源设计的关键要素和解决之道

          如何成功可靠地实现工业电机驱动中的短路保护

          工业电机驱动器的工作环境相对恶劣,其中有些事件可能会导致较大的过流流入电机驱动器的功率电路中。
          的头像 亚德诺半导体 发表于 01-30 09:58 ? 565次 阅读
          如何成功可靠地实现工业电机驱动中的短路保护

          ADI在汽车上?#24515;?#20123;重要关?#26657;?/a>

          相较于传统的?#21152;?#27773;车,汽车电气化时代,半导体芯片的价?#23548;?#20046;翻倍。在未来自动驾驶、电气化里有很多非常不....
          的头像 坚白 发表于 01-29 14:04 ? 2752次 阅读
          ADI在汽车上?#24515;?#20123;重要关?#26657;? />    </a>
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          半导体是工业自动化设备的核心_工厂自动化模式如何创造可能?

          面对强大的经济和技术力量,工厂的运作方式也正在快速变化。在这个瞬息万变的环境中,善于应变的工厂设备制....
          的头像 电机控制设计加油站 发表于 01-27 10:57 ? 2969次 阅读
          半导体是工业自动化设备的核心_工厂自动化模式如何创造可能?

          半导体技术助力,汽车电动化进程将入快车道

          如何对锂电池动力系统的监测管理信息进行高效连接也非常关键。Vincent 指出ADI全新的无线电池管....
          的头像 人间烟火123 发表于 01-24 16:49 ? 2252次 阅读
          半导体技术助力,汽车电动化进程将入快车道

          加速工业4.0:扩展工业控制系统中的安全终端

          ICS网络安全无法以一体适用的解决方案来应对,必须采用深入的防御方法并根据系统的风险评估加以应用。随....
          的头像 人间烟火123 发表于 01-24 13:48 ? 1602次 阅读
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          5G通信的未来如何?拥有30年电信网络技术研发经验的博?#31354;?#26679;说

          ADI公司无线技术总监Thomas Cameron博士曾经谈到第五代通信技术的ADI解决方案和开发情....
          发表于 01-23 15:28 ? 2119次 阅读
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          ADI完成了一个堪称?#23433;?#21487;?#23478;欏?#30340;任务 揭秘背后的IC创新思维

          ADI是唯一一家入选多篇论文的IC企业,作为区域研发中心他们完成了一个堪称?#23433;?#21487;?#23478;欏?#30340;任务。笔者有....
          的头像 人间烟火123 发表于 01-21 08:33 ? 1521次 阅读
          ADI完成了一个堪称?#23433;?#21487;?#23478;欏?#30340;任务 揭秘背后的IC创新思维

          智能化电能计量技术提升能效,让世界变得更环保

          我?#23884;?#24456;熟悉那些隐藏在车库、地下?#19968;?#20854;它隐蔽之处的电表了。我们甚至可能每月会检查它一次或两次,并将电....
          的头像 电机控制设计加油站 发表于 01-19 09:11 ? 1158次 阅读
          智能化电能计量技术提升能效,让世界变得更环保
          重庆幸运农场app
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