慧能泰数字控制图腾柱PFC和数字控制交错PFC助力电机驱动应用_电机_电压

图 1: 电机驱动系统的范例运用

如图1所示，功率因数校正（PFC）在个中发挥着重要浸染。
由于PFC连接着动态负载（电机）和电网两个截然不同的系统，不可避免的须要办理一系列技能问题。
一样平常来说，有两种技能路线可以应对这些寻衅，一种是单芯片集成掌握；其余一种是离散的双芯片分立掌握，分别知足PFC和电机逆变器的需求。

在这篇文章中，我们深入磋商图腾柱PFC和交错式PFC系统，聚焦慧能泰HP1010 和HP1011带来的上风，理解HP1010 和HP1011的创新技能如何显著提高电机驱动运用的效率和性能。
本文重点关注数字掌握器，而不是像FAN9672、NCP1631和UCC28070这样的仿照芯片，也不是像F28035这样的DSP芯片方案。
由于后者须要投入大量研发精力在繁芜算法编程上来缓解对资源冲突的掌握。

图 2: HP1010 & HP1011

HP1010 和HP011是慧能泰最新推出的两款PFC 掌握器，封装尺寸均为4毫米 x 4毫米的QFN-24L。
个中HP1010是业界首款图腾柱无桥 PFC 专用数字掌握器；HP1011是慧能泰首颗双相交错CCM模式 PFC的数字掌握器，同时也是中国首款。
两款芯片的数字架构基于高速数字状态机，并集成了高性能仿照前端以及高速比较器，确保了PFC 的高性能实时掌握。
在就寝模式下，芯片的供电电流将降落至1 mA。
丰富完善的可编程保护功能，包括：逐周期电流限定保护、浪涌过电压保护、输入电压过压/欠压保护、输出电压过压/欠压保护、输出反馈电压开路保护等，保护功能参数与使能均可独立配置。
灵巧的设计特点，使其可广泛运用空调和白色家电、高性能打算机、5G/ 电信电源、工业电源、超高密度 (UHD) 电源、带有IGBT的PFC电源等系统。

此外，两款芯片各自的特点也是十分突出的。
HP1010 浪涌电压保护功能可以使在浪涌过电压尤其是正半周反向雷击、负半周正向雷击时快速关断慢速同步整流管，有效增强图腾柱无桥 PFC 的稳定性和可靠性。
HP1011支持自动通道管理功能，和双相间电感电流动态均衡，双相间电感电流有效值偏差小于5%。

两款芯片均供应I2C 和 UART 通信接口，这样使电机系统效能优化更加智能。
在电机系统里， 电机转速会根据运用处景动态变革。
因此前级PFC输出电压和后边电机及时的匹配，至关主要，可以进一步提高系统效率。
假设因电机负载减小，转速变慢， 但是此时PFC还是保持输出原有的高电压， 那么注定无用功增加，效率降落。
更还有可能对转子机器构造造成破坏。
相反， 如果及时的将输出电压调度下来， 这样无用功就可以避免。

类似的情形同样适用于电机故障事宜， PFC掌握该当及时和电机端联动合营。

实现智能联动，电机掌握芯片可以动态配置HP101x的三个寄存器。
通过地址0x00[2]可以选择是否使能PFC功能。
地址0x23 和0x24 分别为低压和高压输入时输出电压的参考。
HP101x 高精度的仿照前端支持在0V到560V范围内以0.27V眇小步进调度。
此外，根据电机系统设计的详细哀求，浩瀚的PFC的运行参数可以通过通信接口反馈到后级掌握芯片。
例如保护状态， 输出电流， 输入电压频率， 系统状态等等， 都可以被后级掌握芯片读取，从而实现深度系统智能优化。
更多的细节可以通过HP101x GUI 用户手册获取。

智能联动固然好， 但是如果在通信指令到来之前，系统对突发事宜的处理，更是系统可靠稳定运行的担保。

电机运用的固有特性是：非线性和感性负载。
相应地，系统功耗也会随负载和电机的旋转速率而变革。
这种非线性本身就会使PFC的设计难度增加。
然后更具有寻衅的是，PFC掌握须要同时知足在宽负载范围内，保持高功率因数品质。
一样平常来说，PFC掌握算法包括快速电流环和慢速电压环两个环路。
为追求单位功率因数，设计上电压环的带宽专门做窄带处理，一样平常为几十赫兹，从而与更高频率的整流电流环路分离，避免滋扰。
正好由于这个狭窄的电压环带宽，PFC处理快速负载变革的能力受到不利影响。
对负载变革的缺点或者不及时的处理可能会进一步对放置在逆变器前面的电容造成过压冲击，从而影响系统的可靠性。
此外，母线电压的颠簸还可能来自互换侧。
AC线上的任何干扰，如电压丢失或雷击，都有可能对上述同一电容器造成危害。

图 3: 100 Vac, 400V, 1.5A To 1.9A, 锁住 (右), 规复 (左)

图 4: 100 Vac, 90° 掉电, 5ms (左) / 10ms(右)

HP1010 和HP1011都展示了卓越的动态相应性能。
以下分别从互换输入测， 和负载端两方面来展现其强大的瞬态性能。

为了抵御来自互换侧的溘然情形，HP1010 和HP1011 供应了逐周期电流保护合营其专利掌握算法，以确保快速，可靠的相应。
图3展示了电感电流迅速升至重载时，PWM（脉冲宽度调制）立即关闭，然后根据预先设置的阈值、周期韶光和防抖韶光进行有序规复。
并且这三个参数是可以根据设计需求，通过寄存器灵巧配置的。

另一方面，HP1010 和HP1011在负载瞬态性能方面的卓越表现也可以从图4中得到肯定，丈量证明输入电压在90°时丢失，无论是丢失5毫秒还是10毫秒，都能实现平稳快速的过渡。
一旦发生低落，电流在几个周期内就可以智能地规复到正常状态。

快速环路模式是HP1010 和HP1011的又一个特色，旨在对负载变革作出快速相应。
从图5中可以看出，在保持输出电压为400伏特的情形下，利用快速环路功能和不该用的差异在10% 以上。
并且通过大略的寄存器设置，可以定制参考电压和相应韶光，从而为设计供应更大的灵巧性。

图 5: 100 Vac, 60 Hz, 空载-重载, Vout 334V ( 快环开启, 左), Vout 290V ( 快环关闭, 右边)

电机和PFC掌握分别在两个不同的时钟频率上运行，电机为万赫兹而 PFC却在十万赫兹。
这两个节拍以不同的节奏引发全体系统板，因此导致了系统的电磁滋扰（EMI）和电流的总谐波失落真（THDi）环境恶化。

频率抖动是办理这个问题的一个有效功能。
HP1010 和HP1011供应简洁方便的定制抖频。
通过干系寄存器设计，HP1010 和HP1011可以在给定周期数范围内改变开关频率。
并且这个功能有八个可用的步进来知足不同的设计哀求。

图 6: EMI抖频关（上）开（下）

从图6明显可见，启用抖频功能后，EMI性能在全体频谱上都有锁改进。

以上就电机运用的特点，从智能联动，瞬态相应，EMI, 三方面来先容HP101x是如何提升电机系统的整体性能。
实在，HP1010 和HP1011还供应了一系列更为前辈的功能，以确保设计过程更加灵巧和适用系统更可靠。
例如，丰富的保护功能、X-电容放电、功率计量、浪涌电流保护等等。
更多详细信息可以去慧能泰官网查询。