交流电机驱动器中的隔离电压感应器的作用（交流电机驱动器中的隔离电压感应器是什么）

汽车和工业终端设备，例如电机驱动器、组串逆变器和车载充电器，在高电压下运行，无法安全地与人类直接交互。隔离电压测量可保护人类免受执行功能的高压电路的影响，从而帮助优化操作并确保使用安全。

该隔离放大器专为高性能而设计，可跨隔离栅传输电压测量数据。决定隔离放大器选择的标准包括隔离规格、输入电压范围、精度要求以及计划如何为高压侧供电。 —— 这通常受到应用程序中测量位置的影响。本文通过评估交流电机驱动侧设备的三种常见电压测量结果，为选择正确的隔离放大器提供了指导。

输入电压范围的选择、精度要求以及高侧电源方法的选择取决于应用中测量的电压节点的位置。

图1 是交流电机驱动器的简化框图，具有三个常见电压测量位置：左侧的交流电源、中间的直流连接以及右侧的电机相位。隔离放大器由于其高精度和易用性而成为这些测量的优秀设备。

图1.交流电机驱动应用。

如图1左侧所示，在美国，交流电源输入通常连接为电压为120VRMS/208VRMS的三相中心接地电力系统。在欧洲有230VRMS/400VRMS。这种电压测量所需的精度通常较低，并且并不总是需要。如果要测量交流电源功率，请考虑具有双极高阻抗输入的设备，例如TI 的AMC1350 或AMC3330。对中性点电压进行三相交流电压测量时，您可以使用单个隔离电源为所有三个隔离放大器供电以进行测量。在执行三相交流电压相间测量时，请考虑使用带有集成C/DC 转换器的设备来实现简单的设计。图2所示为相应的AMC3330电路图。

图2.带有内部DC/DC 转换器的AMC3330 隔离放大器。

要计算电机驱动中的脉宽调制(PWM) 占空比，您通常需要测量图1 中间所示的直流母线电压，精度为1% 或更高。

在制动操作期间，直流母线电压增加，需要主动限制，例如通过打开再生制动，以保护功率级。低延迟测量提供了对过压事件的更快反应时间，使系统能够在更接近其硬件极限的情况下运行，从而实现更严格的设计裕度和更低的系统成本。该直流链路电容通常为几百F。在维修设备之前确定直流母线电容器是否已正确放电至安全水平需要在低电压(100V) 下进行精确测量。

此外，高分辨率交流纹波测量可以检测所连接的交流电源上的相位损耗，从而可能消除单独的栅极侧相位测量的需要。对于360Hz 的三相电机电压，纹波电压的频率为60Hz；对于50Hz 的三相电机电压，纹波电压的频率为300Hz，因为有六个半波被校正。在低负载时（当电机不旋转时），纹波电压的幅度可能非常低；因此，您可能更喜欢使用调制器来实现最高分辨率的测量。有关隔离放大器与隔离调制器的更多信息，请参阅。具有单极输入范围的隔离放大器，例如AMC1351（具有0 至5V 输入范围）或AMC1311（具有0 至2V 输入范围），专为直流母线电压测量而设计。它们需要以DCto 为基准的本地电源，如图3 中的隔离变压器电路所示。另一种方法是使用具有集成DC/DC 的AMC3330 转换器

图3.AMC1311 隔离放大器和分立隔离变压器电路。

测量实际相电压，而不是根据直流母线测量和PWM 占空比进行估计，可以进一步提高无传感器交流电机驱动器的性能。直接测量相电压可提供更准确的结果，因为它包含系统中的所有损耗以及PWM 死区时间失真的影响。

一种方法是测量直流电源轨的所有三相，使用三个单极输入隔离放大器和一个隔离电源（如图3 所示）为所有三个隔离放大器的高压侧供电。另一种节省硬件成本的方法是仅测量两个相对电压并计算第三个。这种方法只需要两个具有双极输入范围的隔离放大器，并且在固件方面只需最少的额外工作。这两个测量值是

针对其中一个相电压执行此操作，需要一个由顶部绝缘栅双极晶体管(IGBT) 的隔离浮动高侧栅极驱动器电源供电的放大器，如图4 所示。具有内部DC/DC 转换器的设备，例如AMC3330 大大简化了电路，从而节省了额外的空间并提高了系统效率。

图4. 采用浮动电源的AMC1350 隔离放大器。

对于每个电压测量，电阻分压器必须缩小高压节点以匹配隔离放大器的输入范围[4]。设计电阻分压器电路时存在三个常见挑战：

输入偏置电流来自隔离放大器，导致偏置误差。

检测电阻与隔离放大器的输入阻抗并联，降低了有效检测电阻并产生增益误差。

此外，由于工艺变化，隔离放大器的输入阻抗在不同器件之间可能存在20% 的差异，如果无法解释，这将显示为增益误差。电阻分压器和隔离放大器的输入阻抗的温度漂移。

从TI 隔离式电压检测放大器系列中选择具有高输入阻抗和可忽略不计的输入偏置电流的器件，可大大减少克服这些挑战所需的工作量；然而，低输入偏置电流[5]可以用阻抗隔离放大器设计高精度电压测量电路。

输入范围隔离放大器对输入噪声的敏感度较低，并可在低输入电平下实现更高的精度。然而，输入电压较高的器件通常具有较低的输入阻抗（如表1 所示），并且需要增益校准才能实现最高级别的精度。高阻抗输入设备可提供更高的未校准精度并减少设计工作量。

高阻抗电压测量隔离放大器使您能够在成本、性能、易于实施和电路板空间之间做出正确的权衡，以优化设计以满足您的要求并满足行业隔离性能标准。

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