Anbieter zum Thema

Analog Devices

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

TRACO ELECTRONIC GMBH

RECOM Power GmbH

Ein gleichzeitiges Durchschalten ist zu jeder Zeit zu verhindern

Bild 2 zeigt den Aufbau der Halbbrücke einer einzelnen Motorphase des Inverters und die verbundenen Anforderungen: Prozessoren zur Ansteuerung des Gates des Leistungshalbleiters liefern nur unipolare Kleinsignale, die verstärkt werden müssen.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Das Schalten des oberen Gates und des unteren Gates ergibt zudem eine Potenzialdifferenz bzw. eine Verschiebung des Bezugspunkts des Motors zum restlichen System. Auch der Shunt in der Motorphase weist einen deutlich verschobenen Bezugspegel zum Controller auf. Im praktischen Einsatz ist sicherzustellen, dass die Treiber einer Motorphase nur abwechselnd durchgesteuert werden und zu keiner Zeit gleichzeitig eingeschaltet sind, da sonst ein Kurzschluss die Leistungshalbleiter zerstören könnte, auch wenn dieser nur von sehr kurze Dauer ist.

Eingefügte Totzeiten zwischen der Ansteuerung des oberen und des unteren Gates der Halbbrücke helfen, begrenzte Schaltgeschwindigkeiten der Leistungshalbleiter zu kompensieren und ermöglichen somit ein zerstörungsfreies Schalten. Große Totzeiten verschlechtern jedoch die Effizienz des Systems und erzeugen Oberwellen.

Eine galvanische Isolation der verschiedenen Potenziale im Gate-Treiber und in der Stromsensorik trennt den Eingang vom Ausgang und überbrückt dabei die Isolationsbarriere. Für die Shunt-basierte Strommessung in der Motorphase haben sich Sigma-Delta Modulatoren wie z.B. der AD7403 aus der AD740x-Familie durchgesetzt, da nur zwei Signale zu isolieren sind: ein Taktsignal, das entweder intern erzeugt oder extern angelegt wird, und der Datenausgang des Modulators. Im Gegensatz zur ADCs mit sukzessiver Approximation (SAR ADC) ist das Ausgangssignal pulsdichte codiert und muss erst zu einem Datenwort rekonstruiert werden.

Ein SINC-Filter mit Dezimation im Empfänger reduziert die Pulsfolge am Ausgang des Wandlers zur Wortrate der Abtastung. Das direkte Ausgangssignal des Modulators eignet sich nicht für die Regelung, da die Datenrate zu hoch ist und die Auflösung nur ein Bit beträgt. Für eine effiziente Regelung, die den Abtastzeitpunkt der Strommessung mit der PWM-Schaltfrequenz synchronisiert, wird die Durchlaufzeit des SINC-Filters benötigt, welche von der Ordnung, der Dezimationsrate und der Modulatorfrequenz abhängt. Damit lässt sich das Timing für den Motor-Control-Regelalgorithmus aufstellen, eine Vergleichbarkeit zur Regelung mit klassischer SAR-Abtastung ist gegeben.

Der Baustein AD7403 ist ein hochauflösender Sigma-Delta-Modulator, dessen Isolationsbarriere 5 kV standhält und Arbeitsspannungen von 1250 V zulässt. Die Isolationsbarriere im Chip ist so aufgebaut, dass sie auch die Anforderungen einer verstärkten Isolation erfüllt. Mit einer Auflösung von 16 Bit und 88 dB Signal-Rausch-Abstand (SNR) erlaubt der Baustein hochgenaue und dynamische Regelungssysteme aufzubauen und die Welligkeit des Motordrehmoments zu reduzieren. Bei einer Normbelastung des Bauteils ist die Lebensdauer der Isolationsbarriere auf mindestens 50 Jahre Betriebszeit ausgelegt.

Für Motorsteuerungen eignet sich gut der ADSP-CM408F-Prozessor aus der ADSP-CM40xF-Familie mit ARM-Cortex-M4F-Kern, da durch den integrierten SINC-Filter-Block der Datenstrom des Modulators rekonstruiert werden kann. Der Prozessor arbeitet schnell genug, um komplexe Algorithmen für mehrere Achsen abzuarbeiten und kann über die integrierte PWM-Peripherieeinheit auch entsprechende Steuersignale für die Leistungshalbleiter erzeugen.

(ID:44043089)