淺談變頻驅(qū)動器中的電壓隔離

在本應(yīng)用筆記中，以VFD作為示例系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須通過使用絕緣層來滿足隔離標準。這些相同的隔離概念中的許多將幾乎應(yīng)用于具有高壓控制組件和用戶界面的幾乎所有系統(tǒng)。基本假設(shè)是所有設(shè)備的設(shè)計均應(yīng)明確考慮安全性，以保護用戶免受電擊。大多數(shù)標準要求用戶通過兩級保護或單層絕緣保護（認為是加強的）來保護用戶免受電擊。在討論絕緣時應(yīng)定義一些術(shù)語，并在下面提供。

基本絕緣–提供基本保護以防觸電的絕緣。

補充或補充絕緣–除基本絕緣外，還應(yīng)采用獨立絕緣，以減少電擊危險。

雙重絕緣–包括基本絕緣和輔助絕緣的絕緣。

加強絕緣–在標準規(guī)定的條件下，單絕緣系統(tǒng)可提供一定程度的防觸電保護，相當于雙重絕緣。

增強絕緣的定義是許多系統(tǒng)設(shè)計人員普遍困惑的原因，因為它需要熟悉安全標準。通過理解僅雙重絕緣或加強絕緣足以保護用戶免受電擊，就不必是這種情況。盡管有許多UL和IEC規(guī)范將電擊危險電壓定義為略有不同的水平，但是一個很好的經(jīng)驗法則是任何超過42.4 Vrms或60 VDC的電壓都存在風險。低于此電壓的電壓在大多數(shù)情況下不會造成嚴重的電擊危險，因此被稱為超低壓電源系統(tǒng)。例如，在美國，從其發(fā)明開始，電話系統(tǒng)就被限制在50 VDC，以保護用戶免受電擊，并一直保持到50 VDC。

VFD將交流電源電壓整流為直流電壓，并使用該直流電壓來驅(qū)動電動機。圖2和圖3使用帶有IGBT的標準三相VFD拓撲，該IGBT用于將電壓切換到電動機的相。IGBT由系統(tǒng)微控制器（MCU）控制。由電流傳感器提供的電流反饋也被饋送到MCU中，并且是電機控制回路的一部分。VFDis通過用戶界面控制，該用戶界面通常連接到MCU的數(shù)字I / O引腳。從DC +到DC-的整流電壓范圍為200到1000 VDC。盡管按照行業(yè)術(shù)語將該電壓范圍內(nèi)的VFD視為“低電壓”，但這些電壓水平會帶來嚴重的電擊危險，并且需要符合安全標準。這些電壓水平通常要求在用戶界面和物理外殼中的其他電子設(shè)備之間實現(xiàn)雙重絕緣或增強絕緣（根據(jù)行業(yè)標準）。達到此絕緣標準要求的絕緣等級是必需的，因此，在對設(shè)備或系統(tǒng)進行認證時，將獲得絕緣等級，而不是絕緣等級。

通用的行業(yè)標準是UL60950-1版本2。盡管該標準是為信息技術(shù)設(shè)備設(shè)計的，但其嚴格的要求使其成為許多不同設(shè)備和組件設(shè)計的基準標準。通用組件級標準包括IEC60747-5-2和UL1577，而超出UL60950-1的通用系統(tǒng)級標準也包括60730-1、62368-2和61010-1。Allegro有幾種IC解決方案，可以提供VFD應(yīng)用所需的隔離。

Allegro隔離解決方案

Allegro電流傳感器IC的獨特之處在于它們完全集成在一起。電流將在一側(cè)流入和流出傳感器IC封裝，而信號引線在另一側(cè)。這樣可在一次電流（高壓）側(cè)和信號線（低壓側(cè)）之間提供爬電距離和電氣間隙。圖1展示了Allegro的SOIC8標準封裝IC。Allegro表面貼裝電流傳感器IC可以用于VFD中的任何常見感應(yīng)位置，連續(xù)電流高達40 A，峰值高達65 A甚至更高，取決于印刷電路板（PCB）的設(shè)計。有關(guān)直流和瞬態(tài)電流的封裝熱性能的應(yīng)用筆記可在Allegro網(wǎng)站上找到。

Allegro電流傳感器IC

倒裝芯片組裝技術(shù)在傳感器IC和封裝中的載流導體之間提供了間隔，這提供了在UL和IEC規(guī)范下實現(xiàn)高壓隔離額定值所需的絕緣。Allegro網(wǎng)站上有一個簡短的視頻，解釋了Allegro用來在這些占位面積小的表面安裝電流傳感器IC封裝中實現(xiàn)高隔離等級的一些專有封裝技術(shù)。

編輯：hfy