设计指南：TIDA-010025 适用于200-480VAC驱动器且具有光模拟输入栅极驱动器的三 相逆变器参考设计
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说明特性 该参考设计采用隔离式IGBT相极驱动器以及隔离式电适用于200-480VAC供电驱动器的三相逆变器电源 流/电压传感器实现了增强型隔离式三相逆变器子系统.
级，输出电流额定值高达14Arms 所用的UCC23513栅极驱动器采用6引脚宽体封装和增强型隔离式棚极驱动器采用光模拟输入和6引脚 LED光模拟输入，可用作现有光隔离式栅极驱动器的引宽体封装，可用作光隔离式栅极驱动器的引脚对引 脚对引脚替代品.
此设计表明，可使用用于驱动光隔离脚替代品 式棚极驱动器的现有配置来驱动UCC23513输入栅极驱动器具有高达125°℃的宽工作环境温度范 级.
使用AMC1300B隔离式放大器和直流链路电压实围，参数变化小，共模瞬态抗扰度高，工作隔离电 现基于同相分流电阻器的电机电流感应，使用压额定值为1500Vdc，因此可提高系统稳健性 AMC1311隔离式放大器实现IGBT模块温度感应.
该高达25Apk、适用于整个三相的基于增强型隔离式 设计利用C2000mMLaunchPadTM实现逆变器控制.
同相分流电阻器的电机电流感应，过流保护响应时 资源间 TIDA-010025设计文件夹<5μs UCC23513产品文件夹可检测到800V的增强型绝缘直流母线电压，并且利用 AMC1300.AMC1311产品文件类IGBT模块里面的NTC和隔离运放可以检测高达120 TLV9002. TLV9064产品文件夹度的温度 LMV339产品文件夹使用C2000LaunchPad实现逆变器控制 SN74LVC1G32 SN74ACT244、SN74LVC1G10.产品文件夹 CSD17571Q2产品文件夹应用 TPS54140A产品文件夹交流逆变器和变频驱动器 TLV1117.TLV1117LV产品文件夹同服CNC和机器人 TLV431A产品文件夹 LP2951产品文件夹三相UPS LAUNCHXL-F28379D工具文件夹 TIE2E"咨询我们的E2ETW专家 Community 该TI参考设计末尾的重要声明表述了授权使用、知识产权间题和其他重要的免责声明和信息. ZHCU575ANovember 2018Revised March 2019适用于200-480VAC驱动器且具有光核拟输入栅极驱动器的三相运变器参考设 般权 @ Texas Instruments IncorporatedTDUEG8 -s.i.cm/sc/lechit/TIDUEG8 TEXAS INSTRUMENTS 系统说明 1系统说明 变频驱动器（VFD）是一种电机控制器，通过改变提供给电机的电流的频率和振幅来驱动交流感应电机 (ACIM)或永磁同步电动机（PMSM）.VFD的基本组件为： 输入部分，用于从公共设施获取交流电，并将交流电转换为直流电 逆变器部分，用于将直流电重新转换为可控制的交流电波形 图1.带隔离式栅极驱动器的三相逆变器 Voltage High Motor PWR GND Reiforced Power punoup Control GND Control Interface User Salety Earth Salety Earth 三相逆变器使用绝缘棚双极晶体管（IGBT）开关，这些开关具有诸多优势，例如通过棚极绝缘实现的高输入 阻抗、快速响应能力、良好的热稳定性、简单的驱动电路、良好的耐高压能力、无需snubber电路以及开关 行为可控能力（能够提供可靠的短路保护）. IGBT为电压控制型器件，能够实现快速开/关. 图1显示了一个典型的使用6个隔离式栅极驱动器的三相逆变器. 该设计采用TI的UCC23513增强型隔离 式栅极驱动器器件. 需要使用PWM控制信号来开关IGBT器件，最终可在系统级别确定电机转速、位置和 扭矩或者逆变器的输出电压、频率和相位. 这些控制信号通常是MCU的输出，处于3.3V或5V等低电压级 别. IGBT所需的栅极控制电压范围为15至20V，并且需要高电流能力，以便能够驱动IGBT栅极提供的大 容性负载. 此外，栅极驱动器需要以IGBT的发射极为基准并采用逆变器结构，高边的IGBT的发射级节点 的电压摆幅为0至直流总线电压，其幅度为几百伏特. 由于IGBT能够相对功率级接地端悬空，因此电源和 棚极电路都应与逆变器接地端相隔离. 使用隔离式电流传感器来测量电机相电流. 控制器对电流波形进行采 样并调制逆变器输出波形，以确保电机相电流遵循控制器内的电流参考设定点. UCC23513是一款电容隔离式栅极驱动器，其输入是模拟光耦隔离的LED输入级. 该器件受电流控制，无 需任何初级侧电源. 因此，棚极驱动器可用作光隔离式栅极驱动器的引脚对引脚替代产品. 与光隔离相比， 使用电容隔离可提供额外的优势，例如： 高达125°C的宽工作环境温度范围 随着温度和使用时间的变化，参数变化更小 1500Vdc的更高工作隔离电压 更高的共模瞬态抗扰度（CMTI)以及超过40年的隔离额定值 适用于200-480VAC驱动器且具有光模拟输入棚极驱动器的三相逆变器参考设ZHCU575ANovember 2018Revised March 2019 般 @ Texas Instruments IncorporatedTIDUEG8 --s./sc/lechit/TIDUEG8 TEXAS INSTRUMENTS 这些优势可在系统级别实现更高的稳健性. 图2.UCC23513 ANODE NC CATHODE 该参考设计展示了以下特性： UCC23513的工作原理与三相电机驱动逆变器系统中的光栅极驱动器完全相同，可以通过光隔离式栅极 驱动器目前使用的可能方法进行驱动 硬开关和软开关条件下的棚极驱动器开关性能、栅极拉电流/灌电流波形、极电压和开关节点电压波形 ZHCU575ANovember 2018Revised March 2019适用于200-480VAC驱动器且具有光模拟输入栅税驱动器的三相运变器参考设 TIDUEG8 -s.ti.cm/sc/techit/TIDUEG8 B权 @ Texas Instruments Incorporated TEXAS INSTRUMENTS 系统说明 1.1主要系统规格 表1.TIDA-010025主要系统规格 小节参数规范备注 直流总线电压输入200 至 800 VDC 持续标称输出电流额定值14Arms 逆变器PWM开关频率高达20kHz在指定范围内测试逆变器 使用的电源开关块带集成NTC的1200V、25A转换器逆变器制动（CIB)模替件型号：7MBR25VA120-50 电机电流检测测量范围25Apk使用10mΩ的分流电阻器 直流总线电压检测测量范围800VDC电阻分压器分压比为2.5mV/V IGBT模块温度检测测量范围0C至120℃ 直流总线电压过压和欠压检测用户款件实现 保护IGBT模块退度过热关断和温度降额用户款件实现 增型隔高侧与高压侧之间具有Bmm的爬电距离增强型隔高式棚极驱动器、电流和电压传感器. 控制 MCU接口使用berg棒连接器的 LaunchPad 接口有关连接器上的引脚分配，请参考原理图 连接器接口24V、 200mA用于为控制侧供电 电源4个15V、-8V电源，彼此商用于为6个桶极驱动器供电，用于3个高侧开关的独立隔高式电源和用于3个低侧开关和制动IGBT的 单个电源 PCB层堆叠控制板：4层-1盗可别电源板：4层-2盗司外部、1盘司内部钢层 PCB信息层压FR4.高Tg PCB厚度1.6mm PCB尺寸114.3mm电源板-190.5mm×165.1mm，控制板-113.03mm× 4适用于200-480VAC驱动器且具有光模报输入棚极驱动器的三相逆变器参考设计ZHCU575ANovember 2018Revised March 2019 TIDUEG8权 @ Texss Instruments Incorporated-s./sc/lechit/TIDUEG8 TEXAS INSTRUMENTS 2系统概述 2.1方框图 图3.TIDA-010025方框图 该参考设计是一款用于控制交流和同服电机的三相逆变器驱动器. 它由两块板组成：功率级模块和控制模 块. 功率级模块：该板执行直流/交流转换的功能. CIBIGBT模块7MBR25VA120-50用于电源转换. 该模块具 有基于二极管的三相整流器输入级、基于IGBT的三相逆变器输出级、基于IGBT的制动斩波器和NTC热 敏电阻（集成在该模块中）. 在该设计中，未使用整流器级，提供了相应的设置，以直接通过直流电源为三 相逆变器级供电. 6个UCC23513隔离式栅极驱动器器件用于控制逆变器的六个IGBT开关，1个棚极驱动器用于控制制动斩 波器IGBT. IGBT的栅极由15V、-8V电源驱动. 3个独立隔离式15V、-8V电源轨用于控制高侧IGBT 棚极，单个电源轨用于控制3个低侧IGBT栅极和1个制动斩波器IGBT极. 使用TIDA-00199隔离式 flybuck转换器或TIDA-010026隔离反激式转换器生成栅极驱动器电源. 这两个TID均可通过单个24V输 入轨生成4个隔离式15V、-8V电源. UCC23513的输入模拟光隔离式栅极驱动器的输入.它们受电流控 制，控制信号由控制模块驱动. UCC23513提供UVLO功能，并且在栅极驱动器电源轨低于UVLO阔值时 IGBT栅极驱动器信号截止. 到控制模块以进行进一步处理. AMC1300B次级侧由5V电源供电. 此5V电源是使用齐纳二极管通过相应 的高侧15VIGBT棚极控制轨产生的. 在直流链路和隔离放大器AMC1311上使用分压器来测量直流链路电 压. 使用集成在IGBT模块内部的NTC测量IGBT模块温度. 使用外部电阻器和NTC来构建分压器. 使用 该电源通过LDOLP2951将给低侧IGBT供电的15V转换而成. 使用5V电源轨为隔离放大器的初级侧供 电 控制模块：该板执行控制电源模块的功能. 它捕获来自电源模块的电流和电压信号，处理它们并生成 PWM信号以控制IGBT栅极驱动器. 该板包含MCU、模拟信号调节、PWM信号缓冲和控制侧直流/直流电 源生成电路. ZHCU575ANovember 2018Revised March 2019适用于200-480VAC驱动器且具有允核拟输入栅极驱动器的三相运变器参考设 B权 @ Texas Instruments Incorporated TIDUEG8 --s.ti/sc/lechit/TIDUEG8
