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[参考译文] TIDA-00366:将自举替换为隔离式 DC/DC

Guru**** 1123240 points
Other Parts Discussed in Thread: TIDA-010006, LM3480, TIDA-01420, AMC1311, AMC1301, TIDA-00366, UCC21530, ISO224, ISO122
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/802396/tida-00366-replacing-the-bootstrap-by-isolated-dc-dc

器件型号:TIDA-00366
主题中讨论的其他器件:TIDA-010006LM3480TIDA-01420AMC1311AMC1301UCC21530ISO224ISO122

您好!

我正在尝试设计一个15-20kW 的 AFE 电机驱动器、其中包括一个有源整流器和一个逆变器。 我可以也可以不使用逆变器部件的自举直流电。 但是、当在整流器的栅极驱动器中使用自举时、 调制指数范围将受到限制。 由于这一受限占空比、 对于整流器器件、我必须将其替换为隔离式直流/直流转换器。 我需要将15/15 DC/DC 用于栅极驱动器、将15/5 DC/DC 用于 ADC 电流感应器件。 您是否对 TI 产品有任何建议、这些产品在本应用设计中兼容并与其他器件良好配合使用? 此外、我需要在整流器板上添加三个电压传感器、以实现 PLL。 您对该部件也有什么建议吗?

谢谢你

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    Mohsen、您好、您可以参阅 TIDA-010006来为栅极驱动器生成隔离式电源轨。 有关15V 至5V 转换、请参阅 TIDA-01420 on Using LM3480。

    对于电网电压检测、您可以考虑使用 AMC1311。

    此致
    Navaneeth
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    Navaneeth、

    感谢您的有用建议。 我正在调查这些应用手册。 对于整流器部分、我需要使用隔离式直流/直流电源、而不是自举电源。 但是、由于我的整流器功率不是很高、我更喜欢不使用 TIDA-010006作为解决方案。 我更喜欢使用三个隔离式2W 15/15V DC/DC、每个整流器相一个。 请参阅上图。 我的问题是:

    1) 1)是否可以仅使用三个隔离式直流/直流转换器、每个相位一个? 我的意思是、在没有任何隔离的情况下直接为低侧栅极驱动器供电是好的吗? 我想我应该可以。

    2) 2)是否可以仅使用一个2W 隔离式直流/直流转换器为 AMC1301的高侧栅极驱动器(VDDA)和 VDD1供电?


    感谢你能抽出时间。

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    Mohsen、  

                请参阅以下内容、了解有关您的查询的建议:

    1) 1)是否可以仅使用三个隔离式直流/直流转换器、每个相位一个? 我的意思是、在没有任何隔离的情况下直接为低侧栅极驱动器供电是好的吗? 我想我应该可以。

    是的、您可以使用三个隔离式直流/直流-每个顶部栅极驱动器一个。  由于您还使用隔离式电流/电压测量、我建议您也隔离低侧驱动器电源。 这将简化您的逆变器、满足高电压要求。 您还可以浏览 www.ti.com/.../tida-00181

    2) 2)是否可以仅  使用一个2W 隔离式直流/直流转换器为 AMC1301的高侧栅极驱动器(VDDA)和 VDD1供电?

    功率要求取决于 IGBT 栅极电荷和开关频率。    有关小于22kW 的逆变器功率级别、请参阅设计指南中的公式1、2W 栅极驱动能力绰绰有余。

    此致

    Navaneeth

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    Navaneeth、

    感谢您的详细回答。

    1) 1)我同意、通过将隔离式直流/直流用于底部栅极驱动器、我们的整流器能够更好地满足高电压要求。 但是、与 TIDA-00366相比、我希望最大限度地减少 PCB 布局变化、以便充分利用这一出色设计的优势。 用三个隔离式直流/直流转换器替换自举电路将使设计中的变化最小、但是、在底部添加第四个直流/直流转换器并不是那么直接、并且可能会影响原始设计。 但是、当您建议在底部使用隔离式直流/直流时、我也会添加它。

    2) 2)我在联系您之前计算了直流/直流转换器的平均电流。

    A)栅极驱动器+ QQQ*FSW 的偏置电流< 20mA
    b)流经 R9的电流等于(15V-5V)/R9=10/820 < 2mH

    对于1W 15/15 DC/DC 转换器、平均电流为67mA、这对于 A+b 来说很明显是安全的 但是、对于 UCC21530消耗的瞬时电流、我更喜欢使用能够提供更高电流的2W 直流/直流转换器。
    请告诉我、您对我关于为栅极电容器充电的瞬时电流的第三个问题有何看法:

    3) 3)我了解如何计算 UCC21530的平均电流、但是、
    Isource=16/(16.5+4)=780mA、该电流必须由栅极驱动器供电、从而在接通延迟时间内由直流/直流转换器供电。 我在它们的数据表中找不到有关直流/直流转换器瞬时电流能力的任何详细信息。 在设计直流/直流转换器时、您是否有任何关于如何将 UCC21530的这一源代码考虑在内的建议?

    此致
    Mohsen
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    4) 4)对于您建议 使用 AMC1311的电网电压感测? 它也是交流电压感应的好方法吗?

    5) 5)对于更精确的测量、您建议使用哪一种?  AMC1311 或 AMC1301? 我知道 AMC1311更小。 可能更便宜、更易于使用、但哪一项对于交流感应更准确?

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    Mohsen,如果您正在寻找与 MCU 的基于模拟的接口,我建议您使用 AMC1311进行电压测量,使用 AMC1301进行电流测量。

    此致

    Navaneeth

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    Navaneeth、

    是的、我 正在寻找与 MCU 的基于模拟的接口、但正如我之前提到的、电网电压为交流电。 AMC1311是单极的、输入可以是0到2V、因此我们不能将 AMC1311用于三相电网电压感应。 我是对的吗?  

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    没错。 AMC1311输入可与外部组件进行电平转换,这意味着1V 输入可能对应于零电网电压。  

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    这不是一种实用的解决方案、外部组件需要隔离式电源来调节输入电平。   

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    这不是一种实用的解决方案、外部组件需要隔离式电源来调节输入电平。 您建议使用 AMC1311进行交流电压检测、而不是 AMC1301。 我知道使用 AMC1301进行电压检测需要仔细设计、因为输入阻抗更高、但与 AMC1301相比、AMC1311的成本更高、甚至比 ISO224更昂贵。
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    您好、Mohsen、

    您是否决定使用 AMC1301或 ISO224?  如果没有 Navaneeth 建议的电平转换、除了 ISO122型器件外、我们没有其他高输入阻抗器件、这些器件在器件的高侧和低侧都需要双极电源。  

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    您好、Tom、

    感谢你的答复。 我还没有决定,我更想拥有一个好的设计。 对于 AM1311的电平转换、我们在热侧和冷侧之间松散了隔离。 ISO224对我来说不是一个好选择、因为对于大规模生产、我需要最大程度地降低成本。 此外、对于我的冷侧控制器布局、我有两层接地和+3.3V。因此、我最好使用对冷侧使用3.3V 的放大器。 现在、我正在尝试找到以下哪些选项更适合我:

    a)隔离式解决方案:TI AMC1301具有一个低分流电阻器、可最大限度地减小增益和失调电压误差。 我尝试将50至100欧姆的电阻器用于分流电阻器。 优点是隔离、缺点是成本更高、增益误差增加。

    b)非隔离式解决方案:TI OPA4305通过使用此非隔离式运算放大器、我只需使用一个运算放大器即可测量三个交流电压。 优点是成本更低、但缺点是不能为我的冷侧设计提供隔离。 我的问题是、在美国、我们无法访问电网的中性点。 我们有三个相位和接地。 如果我使用以下设计(请参阅下图)、则接地端的共模电压将传输到冷侧。 我不知道这是否会给我带来任何问题。

    以下是我的两个问题、我需要您的建议:

    1) 1)如果使用第一种解决方案(A)、则使用具有补偿组件的50 Ω 电阻器是否足够可靠?

    2) 2)如果我使用第二种解决方案、使用虚拟中性点有助于降低共模电压效应? 它是否是工业驱动的可靠方法?

    感谢你能抽出时间并提供帮助。

    Mohsen

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    PS1:GND 层和3.3层的原因是交错设计。 我不想通过使用 需要双极电源的 ISO122型器件来放松它。

    PS2-在上图中,紫色 GND 是冷侧接地,红色 GND 是电网接地。

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    你好、Moshen、

    您让我有点迷失了为什么需要在高侧使用电平转换方法来放弃 AMC1311上的隔离。  对于 OPA 方法、您是否想使用加法放大器配置?

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    您好、Tom、

    AMC1301的隔离性能仍然很好、但我们的控制侧不再与低侧隔离。 正如 Navaneeth 建议的那样、我们应该将输入从(-1至1)上拉至(0至2)。 对于上拉用途、我们应该使用一些组件、这些组件需要电源、如果我们使用隔离式电源、那么对于我来说、如果我们使用非隔离式电源、这是一种太昂贵的解决方案、 然后、控制侧的接地端以电气方式连接到高侧、并在控制器侧产生 CM 和 EMI 噪声。  

    关于 OPA、是的、请参阅以下内容:

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    您好、Mohsen、

    好的-我明白了、感谢您的澄清。  此外、您的误差预算是多少?  50欧姆的 AMC1301可能还不错-请放入 R3'的占位器、但最终可能不需要它

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    感谢你的答复。 我对此表示赞赏。