浅谈变频驱动器中的电压隔离电路设计（变频驱动电路）

在本应用说明中，VFD 用作示例系统，该系统必须通过使用绝缘层来满足隔离标准。许多相同的隔离概念将适用于几乎所有具有高压控制组件和用户界面的系统。基本假设是所有设备的设计都应明确考虑安全性，以保护用户免受电击。大多数标准要求通过两级保护或单层绝缘（被认为是增强的）来保护用户免受电击。在讨论绝缘时应定义一些术语，如下所示。

基本绝缘——提供基本防触电保护的绝缘。

补充或补充绝缘——除了基本绝缘外，还应使用独立绝缘，以降低触电风险。

双重绝缘——包括基本绝缘和附加绝缘的绝缘。

加强绝缘——在标准规定的条件下，单绝缘系统提供的防触电保护程度相当于双重绝缘。

强化绝缘的定义是许多系统设计人员普遍感到困惑的一个根源，因为它需要熟悉安全标准。通过了解，仅双重绝缘或加强绝缘就足以保护用户免受电击，但情况并非一定如此。尽管许多UL 和IEC 规范对电击危险电压的定义略有不同，但一个好的经验法则是，任何高于42.4 Vrms 或60 VDC 的电压都会存在风险。在大多数情况下，低于此电压不会造成严重的电击风险，因此被称为超低压电力系统。例如，在美国，电话系统自发明以来一直被限制为50 VDC，以保护用户免受电击，并一直保持在50 VDC。

VFD将交流电源电压整流为直流电压，并使用该直流电压来驱动电机。图2 和图3 使用标准三相VFD 拓扑，其中IGBT 用于将电压切换到电机的各相。 IGBT 由系统微控制器(MCU) 控制。电流传感器提供的电流反馈也被馈送到MCU，并且是电机控制环路的一部分。 VFDis 通过用户界面进行控制，该用户界面通常连接到MCU 的数字I/O 引脚。整流电压范围为DC+ 至DC-，200 至1000 VDC。尽管此电压范围内的VFD 在行业术语中被视为“低电压”，但这些电压水平会造成严重的电击危险，需要符合安全标准。这些电压级别通常需要在用户界面和物理外壳中的其他电子设备之间采用双重绝缘或强化绝缘（根据行业标准）。绝缘水平需要满足该绝缘标准的要求，因此当设备或系统获得认证时，授予的是绝缘水平，而不是绝缘等级。

通用行业标准是UL60950-1 第2 版。尽管该标准是针对信息技术设备而设计的，但其严格的要求使其成为许多不同设备和组件设计的基准标准。常见的组件级标准包括IEC60747-5-2 和UL1577，而UL60950-1 之外的常见系统级标准还包括60730-1、62368-2 和61010-1。 Allegro 拥有多种IC 解决方案，可以提供VFD 应用所需的隔离。

Allegro 隔离解决方案

Allegro 电流传感器IC 的独特之处在于它们是完全集成的。电流将在一侧流入和流出传感器IC 封装，而信号引线则在另一侧。这提供了初级电流（高压）侧和信号线（低压侧）之间的爬电距离和间隙。图1 显示了Allegro 的SOIC8 标准封装IC。 Allegro 表面贴装电流传感器IC 可用于VFD 中的任何常见传感位置，连续电流高达40 A，峰值电流高达65 A 或更高，具体取决于印刷电路板(PCB) 设计。有关直流和瞬态电流封装热性能的应用说明可在Allegro 网站上找到。

Allegro 电流传感器IC

倒装芯片组装技术将传感器IC 与封装中的载流导体隔离，从而提供实现UL 和IEC 规范下的高压隔离额定值所需的绝缘。 Allegro 网站上有一个简短的视频，解释了Allegro 用于在这些小尺寸表面贴装电流传感器IC 封装中实现高隔离级别的一些专有封装技术。

编辑：hfy