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适用於工业马达驱动的新系统保护方案
[作者 德州儀器]   2018年05月09日 星期三 浏览人次: [5233]

假设您是一位工业驱动系统设计师,现在有个任务请您提出一个专为系统马达所设计的电源保护方案。无论您决定采用哪种解决方案,都必须考虑系统於异常情况下发生过电压、欠电压和过电流的情形。如果您无法适当地设计考虑这些情况,当系统因过电流而产生问题,或是马达因过电压/欠电压而过热时,系统马达都将受到损坏。随着时间的推移,这将导致潜在的全系统故障,也意味着机器停止和营收损失。


在这种情况下,您可能会决定增加一个外部电源保护电路来监测过电压或过电流情况,并在需要时发送通知以切断马达的电源,这扩大了系统的物料清单(BOM),也增加了成本,并占用了空间。


C2000 Delfino F28377x和Piccolo F28004x MCU系列以多达8个内建比较器子系统(CMPSS)的形式,为这些电源设计问题提供解决方案。


每个CMPSS包含两个类比比较器,比较器H(高)和比较器L(低),以及12位整合数位类比转换器(DAC)。CMPSS使用每个比较器提供不同的电压或电流??值,其输出可用於驱动触发区(trip zone)。这会强制脉冲宽度调变(PWM)进入四个可能状态之一:高、低、高阻抗或无行动。


晶片内建比较器是非同步的:无论系统的状态如何,当比较器的输入发生改变时,例如触发等事件,它们都会立即做出反应。这意味着发生异常事件时,整个过程以及PWM输出变化仅需要约55ns。图1显示了一个异常事件与一个触发区之间所耗费的时间总和。



图1 : CMPSS侦测到的异常事件与触发区之间的时间间隔
图1 : CMPSS侦测到的异常事件与触发区之间的时间间隔

根据发生的情况,可以透过触发区子模组(传送触发讯号的位置)执行一系列操作。在发生短路或过电流情况时,触发区子模组允许一次性触发(OSHT)。周期的(CBC)触发也可能使电流或电压超过特定??值时限制了电流或电压。


最後,F2837x和F28004x亦能实现了设计的弹性,因为除了改变PWM状态之外,触发讯号还可以应用在其他情况。这些装置利用一系列多工器的交叉开关(X-BAR),以便将多个讯号连接到单一位置。这提供了非常弹性的讯号路径。增强型脉冲宽度调变(ePWM)X-BAR可使CMPSS输出直接发送到触发区子模组,进而实现低延时触发。


然而,X-BAR系统的实用性藉由输出X-BAR得到进一步增强,可将触发讯号的外部路径连到通用型输入/输出(GPIO)针脚。这对於系统其他部分需要传送通知异常事件时,非常有用。例如:在工业驱动空间有一种使用情况是将触发讯号发送至安全断开扭矩(STO)电路,此电路在被启动时阻止马达轴进一步旋转。



图2 : 采用CMPSS和X-BAR进行保护的综合方法
图2 : 采用CMPSS和X-BAR进行保护的综合方法

本文分享了如何结合X-BAR使用比较器子系统来启动触发区域以达到保护目的。不过,这只是比较器子系统和X-BAR的其中一个应用。C2000设备上CMPSS和X-BAR的弹性使其可用於各种不同的应用。


设计师不再需要争取建立额外的子系统区块来处理故障或其他异常事件,透过晶片内建的比较器子系统和F2837x和F28004x系统范围内的X-BAR,可以轻松实现晶片内建的保护。


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