ZHCU410B December   2017  – November 2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 使用条件：假设
        1. 2.2.1.1 一般假设
        2. 2.2.1.2 特定假设
      2. 2.2.2 诊断覆盖范围
        1. 2.2.2.1 双通道监控
        2. 2.2.2.2 通过 MCU (SIL1) 检查 ISO1211 功能
        3. 2.2.2.3 通过 MCU (SIL1) 检查 TPS22919 功能
        4. 2.2.2.4 通过 MCU (SIL1) 检查 TPS27S100 功能
        5. 2.2.2.5 利用 ISO5452、ISO5852S 或 UCC21750 集成式模拟至 PWM 隔离式传感器的 RDY 引脚实现可选的监控功能
      3. 2.2.3 驱动状态
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 ISO1211
      2. 2.3.2 TPS27S100
      3. 2.3.3 TPS22919
      4. 2.3.4 ISO5852S、ISO5452
    4. 2.4 系统设计原理
      1. 2.4.1 用于 STO 的数字输入接收器
      2. 2.4.2 用于控制 VCC1 的 STO_1 信号流路径
      3. 2.4.3 STO_2 信号流路径
        1. 2.4.3.1 用于控制栅极驱动器的次级侧电源电压的高侧开关
        2. 2.4.3.2 为次级侧供电：栅极驱动器的 VCC2
      4. 2.4.4 栅极驱动器设计
      5. 2.4.5 STO_FB 信号流路径
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 入门硬件
      1. 3.1.1 PCB 概述
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 逻辑高电平和逻辑低电平 STO 阈值
      2. 3.2.2 STO1 信号验证
        1. 3.2.2.1 STO1 传播到栅极驱动器的 VCC1
        2. 3.2.2.2 1ms STO 脉冲抑制
        3. 3.2.2.3 MCU 接口的诊断脉冲
      3. 3.2.3 STO2 信号验证
        1. 3.2.3.1 STO2 传播到栅极驱动器的 VCC2
        2. 3.2.3.2 1 ms 脉冲抑制
        3. 3.2.3.3 MCU 的诊断脉冲
        4. 3.2.3.4 浪涌电流测量
      4. 3.2.4 基于开关的 3.3V 电压轨
      5. 3.2.5 60V 输入电压和反极性保护
      6. 3.2.6 跳闸区域功能验证
  9. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 板层图
    4. 4.4 Altium 项目
    5. 4.5 Gerber 文件
    6. 4.6 装配图
  10. 5相关文档
    1. 5.1 商标
  11. 6关于作者
  12. 7鸣谢
  13. 8修订历史记录

1 系统说明

电机驱动器广泛用于各种应用，例如计算机数控 (CNC)、机器人、磨床、过程控制等等。这些应用通常需要基于驱动的安全功能来降低意外和危险移动所带来的风险。驱动器内部的集成式安全功能可取代那些安装起来既费时又成本高昂的外部安全组件，如主接触器或电机接触器。此外，电子开关速度明显快于接触器或继电器等机电设备。集成式安全功能可降低危险区域中的人身伤害风险以及安装要求。

“安全转矩关闭”(STO) 功能就是这样一项实用的安全功能。可以在发生系统故障时请求或触发 STO。IEC 61800-5-2 将 STO 定义为防止扭矩生成电力向电机供电的功能。按照 IEC 60204-1 的停止类别 0，此安全子功能对应于不受控制的停止。在需要断电的情况下，STO 安全功能也非常有用，可防止意外启动。

此 STO 参考设计根据 IEC|EN 61800-5-2 实现了具有 1 (HFT = 1) 故障容错功能的双通道架构 (1oo2)。只要两个 STO 输入端都出现逻辑 1（+24V 直流），电机就可以运行。如果一个或两个 STO 输入端为逻辑 0（0V 直流）时，将通过负载开关切断六个隔离式 IGBT 栅极驱动器的初级侧和次级侧相应电源，断开栅极驱动器 IC 的电源电压会禁用隔离式栅极双极晶体管 (IGBT)，从而禁用扭矩生成的电量。

此参考设计需对两个隔离式 STO 信号进行电路级实现，以通过 CMOS 输入关闭隔离式栅极驱动器的 VCC1 和 VCC2 电源。已经在各个点提供监控功能，以便进行诊断和故障检测。假定微控制器 (SIL 1 MCU) 会通过监控 STO 输入信号以及诊断反馈信号来运行 STO 硬件的诊断。MCU 和相关诊断软件不是此参考设计的一部分。随 STO_FB 信号提供了驱动状态反馈。

本设计指南通过从各种测试结果中提取的数据来验证各设计规格的功能。

此 STO 参考设计硬件架构 (1oo2) 经过 TUEV SUED 评估，通常符合 SIL 3 和 PL e/Cat 3标准。可提供 TUEV 报告 (6)、定性系统 FMEA 和系统说明 (7)，进一步帮助设计人员实现 STO 子系统。