Isolamento acustico: la chiave per il controllo di un motore digitale è l’isolamento acustico

Isolamento acustico per il controllo di un motore digitale. Cosa vorrà dire? Partiamo innanzitutto dal presupposto che, come ha scritto Baoxing Chen, senior engineer presso Analog Devices, la progettazione di un sistema controllato a motore presenta due difficoltà principali. La prima è che il progetto richiede l'invio di informazioni attuali accurate sul motore, attraverso la barriera di isolamento al controller. La seconda prevede la fornitura di segnali gate-drive isolati per gli switch di carica high-side.

Isolamento digitale come tramite comunicativo

L'attuale rilevamento basato su uno shunt offre una soluzione a basso costo, altamente accurata e a prova di rumore. Tuttavia, l'isolamento digitale è necessario per fornire una comunicazione tra gli ADC (convertitori analogico – digitale) che si interfacciano con lo shunt e i controlli della forza motrice. I fotoaccoppiatori pongono delle notevoli costrizioni sulla prestazione del sistema, sui costi e sulla sua affidabilità; inoltre si degradano col tempo, hanno una larghezza di banda limitata e sono difficili da integrare in interfacce digitali. I trasformatori di impulsi o i fotoaccoppiatori possono offrire segnali gate-drive isolati per gli switch high-side, ma sfortunatamente un loro utilizzo non solo porta ad un lungo ritardo della propagazione ed ha un timing non accurato del gate-drive, ma necessitano anche una accurata alimentazione.

Isolamento Motor drive

Nelle applicazioni motor drive, due parti principali del circuito richiedono isolamento: il gate drive per IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, dispositivi dotati di un collettore ed un emettitore da una parte e guidati da un gate dall’altra) degli inverter a ponte e il rilevamento della fase di corrente nel motore. Il rilevamento della corrente di fase offre protezione all’IGBT e feedback informativi al controller per mantenere il controllo sulla corrente a circolo chiuso. L’utilizzo di isolatori microtrasformatori può semplificare il bisogni di isolamento della forza per motor drive a corrente alternata. Nella figura in basso vediamo un esempio di implementazione per un motor drive a bassa potenza che utilizza dei microtrasformatori. Il gate driver a mezzo ponte con uno switch high-side integrato da 300mW e alimentato da 15V offre un output gate drive isolato da 15V per un IGBT isolato e un output gate drive non isolato da 15V per un IGBT low-side.

Gli switch di alimentazione high-side da 15V, generata attraverso un convertitore DC-DC, può essere utilizzata con un diodo zener per generare una fornitura energetica da 3V a 5V per alimentare un ADC current-sensing.

Isolamento acustico: ADC integrati alternativi

Senza un ADC integrato, sarebbero necessari fotoaccoppiatori multipli; fotoaccoppiatori lenti di solito non sono ideali per trasmettere flussi di dati ad alta velocità. Gli shifter con alto livello di tensione possono essere più veloci dei fotoaccoppiatori, ma non offrono un isolamento galvanico, che è importante per prevenire il latch-up con stati transitori negativi. Le linee rosse tratteggiate nella figura in alto sottolineano l’estensione della barriera isolante. I componenti del circuito mostrati nel box blu possono essere replicati in inverter a ponte per fasi aggiuntive. Gli output dell’inverter necessitano di essere isolati gli uni dagli altri e ciò è possibile con multipli gate driver a mezzo ponte. Ogni gate driver a mezzo ponte genererà il suo proprio segnale gate-drive e un’alimentazione high-side. Per le applicazioni motor drive a media o alta potenza, l’isolamento è anche richiesto per gate drive low-side, come mostrato nella figura successiva.

L’isolamento low-side protegge il controller dall’essere danneggiato. I sei segnali gate drive vengono generalmente isolati attraverso isolatori logici. Essi offrono input ad un modulo gate drive che fornisce isolamento per IGBT high-side. L’isolamento logico facilita la comunicazione tra un controller ed un DC-link, passando ad esempio le informazioni current-sensing al controller. L’isolatore a quattro canali isola quattro dei sei segnali gate drive dal controller; l’altro isolatore a quattro canali offre un isolamento rinforzato per gli altri due segnali gate drive. I due canali di isolamento non utilizzati possono servire per la comunicazione seriale tra i controller, mentre i 500-mW di energia isolata prodotta da ADuM5400 possono essere utilizzati per alimentare ogni circuito logico che faccia riferimento ad una massa low-side, come ad esempio l’output di ADuM2401 e l’ADC per il rilevamento della tensione.

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5 Commenti

  1. Avatar photo Renzo_50 21 Maggio 2011
  2. Avatar photo Emanuele 1 Agosto 2011
  3. Avatar photo Edi82 1 Agosto 2011
  4. Avatar photo Emanuele 1 Agosto 2011
  5. Avatar photo Edi82 1 Agosto 2011

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