介紹

電動機在電子系統(tǒng)中的使用已變得普遍。電機尺寸、控制和成本效率方面的創(chuàng)新使設(shè)計人員能夠?qū)㈦姍C添加到系 統(tǒng)中，從而創(chuàng)造新功能并擴展最終產(chǎn)品的功能。

隨著電動機數(shù)量的急劇增加，對功率效率的擔憂促使系統(tǒng)設(shè)計人員使用更高電壓的電機并提高其設(shè)計的有效功率效率。在系統(tǒng)中使用高壓電機也給設(shè)計人員帶來了確保用戶安全的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對這些設(shè)計挑戰(zhàn)，系統(tǒng)工程師利用了光耦合器和數(shù)字隔離器器件等解決方案，這些解決方案有助于將主數(shù)據(jù)路徑的高壓側(cè)與低壓部分隔離開來。隔離有助于確保任何雜散信號或故障不會意外打開電機電源或?qū)е驴赡苡绊懓踩驌p壞低壓電路的意外電機驅(qū)動系統(tǒng)行為。雖然隔離主數(shù)據(jù)路徑對于高壓系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要，但在實施安全解決方案時，通常較低電平的控制信號(不屬于主數(shù)據(jù)路徑的信號)會帶來挑戰(zhàn)。

有一些標準可以指導(dǎo)需要實施更安全的高壓電機驅(qū)動解決方案的設(shè)計人員。一個例子是國際電工委員會(IEC)61800-5-2，它提供了有關(guān)可調(diào)速電力驅(qū)動系統(tǒng)功能安全要求的指南。從本質(zhì)上講，IEC 61800-5-2有助于定義實施方法，以便電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制架構(gòu)不會進入電機可能無意中打開或?qū)е赂唠妷赫业接脩袈窂降臓顟B(tài)。

該標準解決的新領(lǐng)域之一是安全轉(zhuǎn)矩關(guān)閉(STO)，與實施安全高壓電機驅(qū)動解決方案的挑戰(zhàn)直接相關(guān)。IEC 61800-5-2 中所述的 STO 是一種防止向電機提供力產(chǎn)生功率的實施方法。如圖1所示，在電機控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用STO時，伺服驅(qū)動功率級模塊在主數(shù)據(jù)路徑之外有許多互連點需要考慮。

圖1：基于絕緣柵雙極晶體管的伺服驅(qū)動功率級參考圖

電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計人員可以利用許多設(shè)計中已經(jīng)存在的簡單邏輯器件來幫助在其系統(tǒng)中實現(xiàn)STO。德州儀器提供的許多邏輯器件都有關(guān)閉電路，有助于防止斷電時通過器件的電流回流損壞。因為邏輯器件與I關(guān)閉斷電時有隔離，可以使用I關(guān)閉在簡單的邏輯和電平轉(zhuǎn)換器件中具有功能，可在電機驅(qū)動應(yīng)用中實現(xiàn)STO控制信號。圖 2 顯示了一個 STO 實現(xiàn)示例，其中緊急關(guān)閉開關(guān)觸發(fā) STO。

圖2：簡化的 STO 實現(xiàn)示例(未顯示用于 /STO-A 和 /STO-B 的隔離式 24V 輸入接收器)

在圖2中，/STO-A有效信號從脈寬調(diào)制(PWM)緩沖器中移除電源，所有柵極驅(qū)動PWM輸入均被驅(qū)動為低電平。柵極驅(qū)動器打開所有電源開關(guān)，從而消除電機的扭矩，如圖3的時序圖所示。

圖3：/STO-A 緊急關(guān)斷開關(guān)實現(xiàn)的時序圖

/STO-B 信號將關(guān)閉隔離電源，隔離電源為六個柵極驅(qū)動器中的每一個供電。在 /STO-A 的示例中，SN74LV07AI關(guān)閉-具有功能的六角緩沖器在確保電機保持關(guān)閉方面起著關(guān)鍵作用。六通道十六進制緩沖器的替代方法是使用六個單緩沖器/驅(qū)動器，例如SN74LVC1G07。

審核編輯：湯梓紅