使用光隔離的調(diào)制器在電機控制中進行安 全、準確的隔離電流傳感

介紹

在工業(yè)電機或伺服控制應用中，準確的電流測量是控制回路的一部分。目前的測量不僅需要盡可能準確，還需要安全可靠。工業(yè)電機或伺服控制系統(tǒng)通常包含高壓，在過流或短路等故障事件中，這些情況需要快速檢測和整流，以防止災難性的系統(tǒng)故障或在最壞的情況下，人員傷害。光耦合器不僅有助于提供斷土回路的隔離，排除共模噪聲和瞬態(tài)，還提供必要的絕緣，以滿足要求的安全標準和法規(guī)要求。

光隔離調(diào)制器架構(gòu)

用于電流測量的隔離調(diào)制器的輸入通常連接到一個小的并聯(lián)電阻，該電阻將通過它的電流轉(zhuǎn)換為一個小電壓，通常約為±200mV，以限制并聯(lián)電阻中的功率耗散。然后，西格瑪調(diào)制器將模擬輸入信號過采樣到一個單一的高速比特流中，然后通過光隔離屏障進行傳輸。然后，在隔離側(cè)接收的調(diào)制器數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器進行進一步處理。然后，一個Sinc3抽取過濾器可以很容易地在FPGA或微處理器上實現(xiàn)，以恢復所需的信號。抽取過濾器將高速過采樣比特流平均或抽取到一個較低的速率，通常稱為抽取比率。圖1顯示了一個孤立的西格瑪三角洲采集系統(tǒng)的方框圖。

圖1。光隔離調(diào)制器框圖

這種方法有幾個優(yōu)點。首先，在調(diào)制器輸出后，可以很容易地放置在單通道上。其次，接收到的位流中任何可能由共模瞬態(tài)引起的錯誤都會被抽取過濾器平均出來。其結(jié)果是一個非常魯棒的隔離方案，在運動控制等高噪聲環(huán)境中，在初級和二級或瞬態(tài)免疫之間提供了良好的共態(tài)排斥。由于是光學的，與傳統(tǒng)的霍爾缺陷傳感器不同，該設備也不受磁干擾的影響。

圖2顯示了新的 ACPL-798J外部時鐘，光隔離調(diào)制器的方框圖。與通常的單端LVTTL接口相比，LVDS接口進一步改善了傳感器和處理器之間的連接，允許系統(tǒng)設計者擁有一個健壯的接口。ACPL-798J還具有1%的±增益精度和75 dB的信噪比，相當于12位有效位數(shù)（ENOB）。

圖2。ACPL-798J框圖

光隔離調(diào)制器的類型

有兩種類型的光學隔離西格瑪調(diào)制器，內(nèi)部時鐘和外部時鐘。外部時鐘類型比內(nèi)部時鐘類型有一定的優(yōu)勢。例如，外部時鐘類型通常具有更高的時鐘速度。外部時鐘類型還允許有一個通用的主時鐘，以便更容易地恢復數(shù)據(jù)和通道到通道的同步，例如同時測量相位電流。

表1.解密比與濾波器延遲時間說明和ENOB

速度和精度

在電機或伺服控制中，被驅(qū)動的電機負載是感應負載。從下面的電感器阻抗方程中，我們可以推斷出，電壓取決于通過電感器的電流的變化速率。

因此，在電機上出現(xiàn)危險的電壓水平之前，需要盡快對相位間短路或接地短路等故障條件進行檢測和整正。電機控制器對此類故障作出反應所需的典型反應時間通常小于10μs。一種常見的方法是使用并行運行抽取比的單獨過濾器（igure 3）。

過濾器可以保持較小的抽取比，以提供快速響應，以跟蹤和響應故障條件，同時有另一個過濾器與較高的抽取比并行，以在正?？刂苹芈凡僮髦懈玫姆直媛?。通過以這種方式劃分系統(tǒng)，可以快速感知并作出反應來糾正任何故障情況。表1顯示了通過選擇適當?shù)某槿”嚷?，分辨率和速度之間的交易。

圖3.光隔離西格瑪增量調(diào)制器方框圖

目前利用光學隔離西格瑪調(diào)制器進行的測量，通過選擇適當?shù)倪^濾方案來保持精度和速度之間的靈活性。只有光聯(lián)軸器才能通過IEC安全標準IEC60747-5-5進行加固認證隔離主動光隔離調(diào)制器提供了一種精確、安全、可靠的電流測量方法。