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.
I prodotti Analog Devices sono disponibili da Farnell
Dopo il commento alla vincita dell’oscilloscopio inserisco un commento serio.
Da sempre ADI è all’avanguardia nel trovare soluzioni innovative, soprattutto con gli isolamenti, infatti mi ricordo che fu proprio di Analog Devices uno dei primi transceiver rs485 isolato.
Dall’articolo però mi sfugge il senso dell’isolamento acustico, sinceramente pensavo ad una ottimizzazione della gestione del Ton e Toff, ottimizzazione del pwm per il controllo motori al fine di evitare quegli switch indesiderati che potrebbero causare ronzii. Invece leggo di ADconverter isolati, forse mi sfugge qualcosa?
Articolo comunque interessante.
Ciao Fabio, in questo commento hai descritto la mia attività principale sull’Elettronica Open Source: migliorare la qualità degli articoli per rendere sempre migliore l'”esperienza utente” dei nostri visitatori!
Non ci offendiamo, anzi, ti ringraziamo delle segnalazioni, che ho tempestivamente applicato, correggendo le parti mal tradotte/interpretate.
Alcuni articoli vengono scritti direttamente da noi dello staff, altri nascono da progetti/esperienze etc, altri ancora sono tradotti da collaboratori NON elettronici, e poi revisionati da un membro dello staff di EOS. Proprio quest’ultimo è un nostro punto debole, infatti ho verificato che (in generale) mettiamo molta meno attenzione a revisionare uno scritto altrui piuttosto che un nostro lavoro!
Accetto volentieri la tua critica, sicuramete costruttiva, mentre invece ho sempre combattuto nei commenti le critiche inutili, dove erano accusati i congiuntivi o piccoli errori grammaticali, mi sono sempre chiesto:
“CRIBBIO (per usare un eufemismo) stai fruendo gratuitamente di un articolo dove viene presentato un progetto elettronico che a commissionarlo avresti pagato 2000 euro….. e vai a guardare il congiuntivo?”
Critiche costruttive invece dove sviste tecniche possono compromettere la lettura, sono estremamente necessarie nel nostro percorso di qualità!
Con piu di 5000 articoli pubblicati, con argomenti che vanno dai piu semplici agli approfondimenti scientifici piu complessi, penso anche che “qualcosina” ci possa sfuggire!
Per questo confidiamo molto nella community, segnalateci errori e svite nei commenti (servono anche a questo) oltre che ovviamente al vostro pensiero sull’argomento trattato nell’articolo.
Grazie!
Ciao,
penso Emanuele abbia espresso in maniera perfetta anche il mio pensiero, benchè io avrei da aggiugere qualcosa: questo genere di critiche non le considero affatto costruttive, perchè un conto è far notare degli errori o imprecisioni segnalandoli con educazione e rispetto per chi scrive dei contenuti (usufruibili gratuitamente), come fanno diversi utenti, un altro è invece buttare giù un commento tanto per criticare e denigrare. Tra l’altro, chi ha interesse a leggere articoli di questo tipo è sicuramente una persona dal bagaglio tecnico di alto livello, quindi nel caso in cui trovasse delle imperfezioni, può controllare il link originale per un ragguaglio e magari segnalare, educatamente, l’eventuale correzione. La critica diventa costruttiva quando la segnalazione di un erorre è anche accompagnata dalla sua correzione, altrimenti, secondo me, resta totalmente inutile.
Concludo con gli errori grammaticali: spesso si considerano tali anche i refusi e poi, come ha detto emanuele, scriviamo un numero di articoli molto elevato all’interno del blog, quindi la probabilità che sopravvengano delle sviste è normale; anche chi si trova a criticare ogni tanto avrà commesso dei banali errori di ortografia per distrazione..Il senso della community è proprio quello di aiutarsi per raggiungere un obiettivo comune, non quello di denigrarsi a vicenda.
Concordo anche io in generale con il tuo pensiero ma vorrei fare 3 precisazioni:
P.S. mi piace questa discussione interna ma… open source
Parto dalla fine, open source: concordo pienamente con il tuo P.S.!
Per il resto le critiche ci sono tutte e ben vangano, vuol dire che gli articoli vengono letti con attenzione, ma per considrarle costruttive bisogna che siano accompagnate da una correzione: è come se, a scuola, un professore correggesse il compito in classe di un alunno, gli mettesse un brutto voto, lo rimproverasse, ma senza apportare le eventuali correzioni. Cosa ha imparato l’alunno? 🙂
Il mio punto era questo, non il fatto che dell’articolo venissero criticati gli errori, nel caso specifico anche, devo ammnetterlo, grossolani!