电源逆变器应用中隔离架构、电路和元件的选择

电机和电源控制逆变器设计人员都会遇到相同的问题，即如何将控制和用户接口电路与危险的功率线路电压隔离。隔离最主要的要求是方式功率线路电压损坏控制电路，更重要的是，保护用户受到危险电压伤害。系统必须符合相应国际标准规定的安全要求，例如涵盖电机驱动和太阳能逆变器的IEC 61800和IEC 62109。

这些标准主要注重符合性测试。标准的符合性测试会如何赋予工程师自由度？标准会在安全性方面为工程师提供指导，但如何赋予工程师自由度，以便可以选择符合目标系统规格以及标准的相应架构、电路和元件呢？这些是由电路满足在效率、带宽和精度方面提供系统所需性能，同时又满足安全隔离要求来决定的。设计创新系统的难题是，为现有架构、电路和元件制定的设计规则可能不再适用。因此，工程师需要花时间认真评估新电路或元件符合EMC和安全性标准的能力。某些地区工程师的责任更大，一旦所设计系统的安全功能失效并导致伤害，工程师可能需要承担个人责任。

本文探讨了系统架构选择对电源和控制电路设计以及系统性能的影响。本文还将说明最新可用隔离元件的性能提升如何帮助替代架构在不影响安全性的前提下提升系统性能。

隔离架构

我们关心的问题是您需要根据用户提供的命令，安全地控制从交流电源到负载的能量流动。此问题在图1所示的高电平电机驱动系统图中针对以下三个电源域进行了阐述：给定、控制和功率。安全性要求是，用户给定电路必须与功率电路上的危险电压进行电位隔离。架构决策取决于隔离栅放置在给定和控制电路之间还是控制和功率电路之间。在电路之间引入隔离栅会影响信号完整性并增加成本。模拟反馈信号的隔离尤其困难，因为传统变压器方法会抑制直流信号分量并引入非线性。

图1. 电机控制系统中的隔离架构