1 システムの説明

絶縁型電流センシングは、AC インバータや可変速度ドライブのようなアプリケーション向けの 110～690V_AC 入力 3 相インバータに不可欠なものです 。図 1-1 に示すように、多くのサブシステムやモーター ドライブ システムでは、モーターの相電流、DC リンク電流、ブレーキ電流などの電流を検出します。たとえば、高精度の相電流センシングは、産業用 ドライブ向けのベクトル制御 3 相インバータの性能に大きな影響を及ぼします。多くの場合、DC リンク電流とブレーキ電流は、システム内の障害または誤配線に起因する過電流または短絡イベントを検出するために測定されます。また、関連するパワー スイッチをオフにしてそれ以上の損傷を防止するために、高速応答が不可欠です。ベアリングの劣化判定、モーター温度の推定、入力電力の監視のためのモータ電流高調波の分析など、診断、監視、予防保守には、その他の電流センシング機能も重要です。

図 1-1 三相インバータの電流センシング オプション

最大 100A の電流範囲に対しては、TMCS1123 などのインパッケージ ホール エフェクト電流センサ IC と、AMC1300 などの絶縁型アンプまたは AMC1306 などの絶縁型変調器を使ったシャント ベースの設計がよく利用されます。

インライン シャント ベースの設計を採用すれば、3 相インバータでモーター電流を測定するための、線形性が高く、高精度、超低ノイズの選択肢を実現できます。ただし、このような設計にはハイサイドのフローティング電源が必要です。このフローティング電源は、システム内で常に得られるとは限らず、また、シャントの電力損失によって最大連続電流範囲が制限されます。

イン パッケージ ホール エフェクト電流センサは、ハイサイドのフローティング電源を必要とせず、本質的に絶縁されています。これらのセンサは、TMCS1123 との組み合わせで 0.67μΩ という非常に小さい導体抵抗と、本質的な絶縁を実現しています。多くの場合、TMCS1123 のようなホール エフェクト電流センサは伝搬遅延が小さく、非常に高速な過電流保護機能を備えているので、シングルチップのアナログ電流センス オプションが得られます。一方、システムで実現可能な信号対雑音比および有効ビット数は、シャント ベースの設計よりもホール エフェクト センサを使用する場合のほうが一般的に小さくなります。

過電流監視のためにハイサイド DC リンク電流を測定する必要があるすべての 3 相インバータ システムにおいて、TMCS1123 デバイスは、VDC 電圧の他に追加の絶縁ハイサイド電源は不要で、シャントも必要ありません。したがって、このデバイスを使用すれば、フルスケール入力電流範囲の最大 2.5 倍の過電流範囲に対する高速な過電流検出が可能になり、システム コストの問題も解決できます。

AC インバータや可変速度ドライブなどのアプリケーションで、TMCS1123 強化絶縁型インパッケージ ホール センサを使用すると、相電流センシングや過電流検出のシステム コストを削減できます。TMCS1123 の伝搬遅延は非常に小さいので (600ns)、図 1-2 に示すように、直接トルク制御、ヒステリシス制御、高速電流ループ (FCL) など、より高速なトルク応答を備えた広帯域の電流制御アルゴリズムが可能になります。高速電流ループ (FCL) により、電流制御ループの合計遅延が 1/3 に短縮されるため、より帯域幅の広い閉ループ電流制御をより高速な応答時間で実現できます。

図 1-2 ダブル PWM 更新による、高速電流ループと従来の電流ループ制御の比較