表1： 光耦合器和磁隔離器的典型延遲特性

如表1所示，磁隔離在最大延遲和延遲可重復(fù)性(偏差)方面優(yōu)勢(shì)明顯。這樣，電機(jī)控制設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)將更有信心，無需增加時(shí)序裕量以滿足柵極驅(qū)動(dòng)器特性。對(duì)于電機(jī)控制系統(tǒng)的性能和安全，這都有著非常重要的意義。

對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)影響

圖3顯示了交流電機(jī)控制應(yīng)用中采用的典型三相逆變器。該逆變器由直流母線供電，直流電源通常是通過二極管橋式整流器和容性/感性-容性濾波器直接從交流電源產(chǎn)生。在大部分工業(yè)應(yīng)用中，直流母線電壓在300 V至1000 V范圍內(nèi)。采用脈寬調(diào)制(PWM)方案，以5 kHz至10 kHz的典型頻率切換功率晶體管T1至T6，從而在電機(jī)端子上產(chǎn)生可變電壓、可變頻率的三相正弦交流電壓。

圖3. 電機(jī)控制應(yīng)用中的三相逆變器

PWM信號(hào)(如PWMaH和PWMaL)在電機(jī)控制器(一般用處理器和/或FPGA實(shí)現(xiàn))中產(chǎn)生。這些信號(hào)一般是低壓信號(hào)，與處理器共地。為了正確開啟和關(guān)閉功率晶體管，邏輯電平信號(hào)的電壓電平和電流驅(qū)動(dòng)能力必須被放大， 另外還必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，從而以相關(guān)功率晶體管發(fā)射極為接地基準(zhǔn)。根據(jù)處理器在系統(tǒng)中的位置，這些信號(hào)可能還需要安全絕緣。

柵極驅(qū)動(dòng)器(如圖3中的GDRVaL和GDRVaH)執(zhí)行這種功能。每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器IC都需要一個(gè)以處理器地為基準(zhǔn)的原邊電源電壓和一個(gè)以晶體管發(fā)射極為基準(zhǔn)的副邊電源。副邊電源的電壓電平必須能夠開啟功率晶體管(通常為15 V)，并有足夠的電流驅(qū)動(dòng)能力來給晶體管柵極充電和放電。

逆變器死區(qū)時(shí)間

功率晶體管有一個(gè)有限的開關(guān)時(shí)間，因此，上橋和下橋晶體管之間的脈寬調(diào)制波形中必須插入一個(gè)死區(qū)時(shí)間，如圖4所示。這是為了防止兩個(gè)晶體管意外同時(shí)接通，引起高壓直流母線短路，進(jìn)而造成系統(tǒng)故障和/或損壞風(fēng)險(xiǎn)。死區(qū)時(shí)間的長度由兩個(gè)因素決定：晶體管開關(guān)時(shí)間和柵極驅(qū)動(dòng)器傳輸延遲失配(包括失配的任何漂移)。換言之，死區(qū)時(shí)間必須考慮PWM信號(hào)從處理器到上橋和下橋柵極驅(qū)動(dòng)器之間的晶體管柵極的任何傳輸時(shí)間差異。