介紹

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

隨著電動(dòng)機(jī)數(shù)量的急劇增加，對(duì)功率效率的擔(dān)憂促使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用更高電壓的電機(jī)并提高其設(shè)計(jì)的有效功率效率。在系統(tǒng)中使用高壓電機(jī)也給設(shè)計(jì)人員帶來了確保用戶安全的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對(duì)這些設(shè)計(jì)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(hào)或故障不會(huì)意外打開電機(jī)電源或?qū)е驴赡苡绊懓踩驌p壞低壓電路的意外電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行為。雖然隔離主數(shù)據(jù)路徑對(duì)于高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，但在實(shí)施安全解決方案時(shí)，通常較低電平的控制信號(hào)(不屬于主數(shù)據(jù)路徑的信號(hào))會(huì)帶來挑戰(zhàn)。

有一些標(biāo)準(zhǔn)可以指導(dǎo)需要實(shí)施更安全的高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案的設(shè)計(jì)人員。一個(gè)例子是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)61800-5-2，它提供了有關(guān)可調(diào)速電力驅(qū)動(dòng)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(shí)施方法，以便電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制架構(gòu)不會(huì)進(jìn)入電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)解決的新領(lǐng)域之一是安全轉(zhuǎn)矩關(guān)閉(STO)，與實(shí)施安全高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)提供力產(chǎn)生功率的實(shí)施方法。如圖1所示，在電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用STO時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)功率級(jí)模塊在主數(shù)據(jù)路徑之外有許多互連點(diǎn)需要考慮。

圖1：基于絕緣柵雙極晶體管的伺服驅(qū)動(dòng)功率級(jí)參考圖

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以利用許多設(shè)計(jì)中已經(jīng)存在的簡(jiǎn)單邏輯器件來幫助在其系統(tǒng)中實(shí)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(shí)通過器件的電流回流損壞。因?yàn)檫壿嬈骷cI關(guān)閉斷電時(shí)有隔離，可以使用I關(guān)閉在簡(jiǎn)單的邏輯和電平轉(zhuǎn)換器件中具有功能，可在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)STO控制信號(hào)。圖 2 顯示了一個(gè) STO 實(shí)現(xiàn)示例，其中緊急關(guān)閉開關(guān)觸發(fā) STO。

圖2：簡(jiǎn)化的 STO 實(shí)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(hào)從脈寬調(diào)制(PWM)緩沖器中移除電源，所有柵極驅(qū)動(dòng)PWM輸入均被驅(qū)動(dòng)為低電平。柵極驅(qū)動(dòng)器打開所有電源開關(guān)，從而消除電機(jī)的扭矩，如圖3的時(shí)序圖所示。

圖3：/STO-A 緊急關(guān)斷開關(guān)實(shí)現(xiàn)的時(shí)序圖

/STO-B 信號(hào)將關(guān)閉隔離電源，隔離電源為六個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)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(jī)保持關(guān)閉方面起著關(guān)鍵作用。六通道十六進(jìn)制緩沖器的替代方法是使用六個(gè)單緩沖器/驅(qū)動(dòng)器，例如SN74LVC1G07。

審核編輯：湯梓紅