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)新使設計人員能夠將電機添加到系 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)設計人員使用更高電壓的電機并提高其設計的有效功率效率。在系統(tǒng)中使用高壓電機也給設計人員帶來了確保用戶安全的挑戰(zhàn)。

為了應對這些設計挑戰(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導致可能影響安全或損壞低壓電路的意外電機驅動系統(tǒng)行為。雖然隔離主數(shù)據(jù)路徑對于高壓系統(tǒng)設計至關重要，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需要實施更安全的高壓電機驅動解決方案的設計人員。一個例子是國際電工委員會(IEC)61800-5-2，它提供了有關可調(diào)速電力驅動系統(tǒng)功能安全要求的指南。從本質上講，IEC 61800-5-2有助于定義實施方法，以便電機驅動系統(tǒng)的控制架構不會進入電機可能無意中打開或導致更高電壓找到用戶路徑的狀態(tài)。

該標準解決的新領域之一是安全轉矩關閉(STO)，與實施安全高壓電機驅動解決方案的挑戰(zhàn)直接相關。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)設計中應用STO時，伺服驅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動功率級參考圖

電機驅動系統(tǒng)設計人員可以利用許多設計中已經(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關閉斷電時有隔離，可以使用I關閉在簡單的邏輯和電平轉換器件中具有功能，可在電機驅動應用中實現(xiàn)STO控制信號。圖 2 顯示了一個 STO 實現(xiàn)示例，其中緊急關閉開關觸發(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，所有柵極驅動PWM輸入均被驅動為低電平。柵極驅動器打開所有電源開關，從而消除電機的扭矩，如圖3的時序圖所示。

圖3：/STO-A 緊急關斷開關實現(xiàn)的時序圖

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

審核編輯：湯梓紅