传统光耦合器栅极驱动器存在的挑战

输入级中的 LED 的性能会随着时间的推移而降低，这会影响器件寿命，并可能导致传播延迟时间增长，进而影响系统性能。

它们较低的共模瞬变抗扰度（CMTI）限制了功率 FETs 的切换速度。

它们通常仅支持较低的工作温度范围，因此很难创造出更紧凑的设计。 

TI 提供了使用电容隔离技术的隔离栅极驱动器，以帮助克服光耦合器中一些常见的设计难题。

图 3 对比了传统的光耦合器栅极驱动器与 TI 使用电容隔离的隔离栅极驱动器。TI 的电容隔离栅极驱动器具有更高的 CMTI 额定值、更宽的工作温度范围以及改进的计时规范，例如，部件到部件的偏斜和传播延迟。 

图 3. 光耦隔离栅极驱动器（a）和电容隔离栅极驱动器（b）的对比 

隔离电流和电压反馈

交流电机驱动使用由电压和电流反馈测量值组成的闭环控制系统来控制交流电机的速度和扭矩。由于电压和电流反馈需在高压侧测量，因此信号必须与低压控制器侧隔离。

在电机的三相中的每相上测得的同轴相电流用于导出控制 IGBTs 的最佳 PWM 模式。这些同轴相电流测量的准确性、噪声、带宽、延迟和 CMTI 直接影响电机的扭矩和速度输出曲线。

如图 4 所示，电容耦合隔离式放大器和调制器和光耦合同类产品相比，具有更少的信号传播延迟、更佳的 CMTI 以及更长的寿命和可靠性。 

图 4. 隔离式放大器的示例（a）；和隔离式调制器（b）

图 5 所示为使用隔离式放大器进行基于分流的电流感应和基于电阻分压器的电压感应的反馈感应环路的典型框图。通过分流电阻器 RSHUNT 来完成对相电流的测量。 

图 5. 实现典型的电流和电压反馈

与光耦合器相比，TI 的隔离式放大器支持极小的双向输入电压范围，具有很高的 CMTI 和整体精度。这些功能可在高噪声电机驱动环境中实现可靠的电流感应。这些器件的高阻抗输入和宽输入电压范围使其极其适用于直流母线总线电压感应。

什么是交流电机驱动系统？

交流电机驱动中的控制模块基于位置反馈模块的输入、模拟输入和数字输入，负责电机驱动系统的信号处理和总体控制算法。这些数字输入通常是来自现场传感器和开关的 24 V 信号，可传达紧急停止信号（例如安全扭矩关闭（STO））或有关电机运行的信息（例如速度和位置）。

与控制算法一同使用时，这些数字信号输入将对功率级进行任何必要调整，以实现目标输出。将控制模块与数字输入隔离可防止接地电位差引起通信错误。

尽管光耦合器已用于隔离数字输入，但是数字隔离器技术的最新发展彻底革新了系统设计人员设计数字输入的方式。

图 6 所示为用于隔离数字输入的光耦合器常见解决方案。该解决方案使用数个分立元件（9 至 15 个）来实现电流限值和受控电压阈值。 

图 6. 典型的光耦隔离数字输入解决方案

使用这种复杂的解决方案，电流限值可以远高于 2 mA 的目标电流限值，且在整个温度范围内可能高达 6 mA（具体取决于设计）。此外，光耦合器之后的施密特触发器缓冲器还为抗噪提供了滞后功能。图 7 所示为一种简化的解决方案，一种专用于数字输入应用的专用数字隔离器。采用 TI 电容性隔离技术的器件可实现《2.5 mA 的电流限值。该解决方案无需施密特触发器来抗噪，仅需两个电阻（RSENSE 和 RTHR）来设置所选的电流限值和电压阈值。 

图 7. 使用 TI 数字隔离器的隔离数字输入解决方案

与光耦合器相比，基于电容的数字隔离方法的优势在于其具有更低的功耗。TI 的数字隔离器的精确电流限值可将数字输入所引电流减少五分之一，从而大大降低了功耗和电路板温度。其他功能包括具有通道间隔离功能的双通道选件，可帮助减少电路板空间，同时还提供低传播延迟和 4 Mbps 数据速率，以支持 STO 输入。

用光耦合器支持 STO 输入需要高速光耦合器。与基于电容的数字隔离技术相比，这种光耦合器价格昂贵且使用寿命较短。

无论您正在隔离功率级中的栅极驱动器、隔离电压或电流反馈，还是隔离控制模块中的数字输入，TI 的基于电容的隔离技术都彻底革新了交流电机驱动器的使用寿命和温度要求，且在许多情况下，此种技术提供了比光耦合器更紧凑的解决方案。