用于可变速电机驱动设计的HVIC技术

可变速电机驱动可以提高机器设备的能源效率,但为了降低成本、提高市场响应速度和提高效率,还要在几个方面对可变速驱动设计进行改进。其中包括对IGBT很关键的线性电流反馈和过流保护特性,这两个功能传统上都是通过采用体积大、昂贵和难以组装的元器件来实现的。

最新的HVIC(高压集成电路)技术使得大多数必需的反馈和保护器件可以制作在一个基片上,这样就可以在范围更大的市场和应用里,来实现成本低廉、结构紧凑的可变速驱动。

一、电机电流感测方法

变换器级和电机相电流的感测对电流模式控制是至关重要的,这种模式要求很高的精确度和线性度。这种感测对过流保护同样重要,因为过流保护要求响应速度要快。要同时满足上述要求,加上独特的电流信号取样位置,就要求复杂的电路设计和信号处理。

实际上,电流信号可以通过与下列结点相连接而被取样:正或负DC总线、单IGBT相位脚、或电机相位超前,如图1所示。不管在哪个DC总线上取样的电流信号,都是所有IGBT相位脚电流的矢量和。

图1电路感测方法

在单个IGBT相位脚上对电流的取样看起来更容易操作了,但实际上却不能降低对载波频率取样处理的需求。到目前为止,最简单的、容易获得的电流信号来自于电机的相位超前,信号内容仅是基本的变频电机电流。需要考虑的一个重要因素是,小的差分信号在几毫伏范围内,在600～1200V电压间变动。另外,由于IGBT变换器相的作用,普通模式电压以最高10V/ns的dV/dt速率在-DC到+DC间变动。

二、HVIC:位准移动(Levelshifting)

HVIC技术使得位准移动成为可能,即感测一个漂移在大的普通模式电压上的小差分电压,甚至在快速瞬变的时候。因此,快速而准确的电流感测在电机的相位超前就可实现,从而可以减少硬件设计和信号处理的工作。具体的实现方法是将一个低侧接地CMOS电路和一个高侧浮动CMOS制作到一起,通过N或P沟道LDMOS区域相隔离。LDMOS的作用是位准移动,目的是在低侧和高侧电路之间跨过高压栅来传递控制信号。位准移动电路不受高达50V/ns的快速瞬变的影响,同样也不受来自于IGBT变换器典型的10V/ns噪声的干扰。