电动机驱动的最后步骤

变频驱动器（VSDs）需要特定的上游电路设计，以提供主控制电源以及用于逆变器电子部分的电源——即之前系列博客中提到的门驱动器和电流感应电路。图 1 以图形形式突出显示了这些内容，展示了典型的变频驱动器架构的概括视图。

本文讨论了图1中VSD高亮部分内的两个重要电源主题：

控制电源保护

在变频驱动器（VSD）中，保护主控电源（通常为24V）免受瞬态和异常状况的影响至关重要。原因在于，该电源轨通常有两条路径。第一条路径是上一篇博客中提到的，即通过隔离的电力转换阶段，24V控制电源从交流电源或高压直流总线衍生出来。然而，这条24V电源轨通常也可以直接由连接到VSD的辅助电源输入提供电力。大多数自动化环境会在控制柜中分布24V电源，用于各种控制设备，而VSD通常会接入该电源。这一辅助的24V输入通常与转换器衍生的24V电源通过二极管进行"或"连接（diode OR'ed），以确保同时只有一个电源供应源是活跃的。

拥有此功能的优势在于，即使交流主电源掉电或跳闸，通常辅助的24V电源仍能继续运行，这意味着VSD（变频驱动器）的控制电子设备能够保持通电，从而具备快速重启VSD的能力，同时不会丢失任何上下文信息。缺点在于，VSD电源现在暴露在工厂范围内24V供电系统的所有电压瞬变中——这些电压瞬变可能通过负载切换导致分布电缆上的电压振荡、雷电事件通过系统传播、来自附近电场或人体接触的静电放电，以及电缆上拾取的电磁干扰等情况产生。因此，辅助电源输入需要坚固的保护。

VSD功能安全标准IEC 61800-5-2附录A（第B.3.2节）展示了针对此类24VDC电轨的推荐电源（PS）和电压监控（VM）子系统。该子系统包含针对多种常见故障（如反向极性、过电流和电压瞬变）的保护。

由于所涉及的瞬态可能在能量水平和持续时间上有所变化，设计离散电路可能既耗时又容易出错，并且长期可靠性可能较差。像Analog Devices Surge Stopper系列这样的集成解决方案整合了所有IEC 61800要求，包括输入反向极性检测和保护、过电流保护、短路保护、浪涌电流检测和保护以及高电压瞬态断开功能。

图 3 描述了使用 Analog Devices 的浪涌保护器解决方案作为实现 IEC61800-5-2 保护建议的潜在方法。诸如 LT4363 或集成 MOSFET 变体 LTC4381 等元件，可以为主控制电源提供稳健且可靠的保护解决方案。

低电压负载点 (POL) 电源

主控制电源供应的下游是低电压（<12V）电源轨。这些电源轨通常是负载点（POL）电源，直接为主控制器设备（CPU、FPGA）、其他数字组件（存储器、收发器、接口）、模拟电路（ADC、DAC、运算放大器等）以及I/O设备和终端提供电力。这些电源架构的具体设计因每个VSD（可变速驱动器）而异，因此很难进行概括，但这些电源供应的典型方法在图4和图5中有所说明。在图4中，一些关键的低电压电源轨使用了单级开关稳压器，对于对噪声敏感的模拟电源轨或在较低电压水平下的低电流电源轨，还增加了下游低压差（LDO）稳压器。

图5中生成了一个单独的中间轨（在本例中为5V），然后根据POL设备的需求进一步降压到各个单独轨道。此外，这里还展示了可能需要启动排序或电源轨道跟踪，这在许多VSD中使用的复杂多控制器系统中可能非常重要。

点负载 (POL) 电源架构的设计十分复杂，涉及与整体效率、成本、空间和噪声相关的多种权衡。Analog Devices 的工具，如 LTpowerCAD、LTpowerPlanner 和 LTSPICE，可以显著简化设计难题。

摘要

本博客已完成关于变频驱动器(VSD)中电源的主题，强调了主控制电源保护电路的重要性，并提到了与POL低电压电源设计相关的挑战。