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Analog Devices

Digitalisolatoren in AC-Motorsteuerungen

27. Mai 2013, 9:23 Uhr | Gaetano Fichera und Yu-Hin Wong

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Digitale Kommunikation via I²C

Die Kommunikationsschnittstelle I²C wird verwendet, um einen Controller mit digitalen oder analogen I/O-Erweiterungen auszustatten. Dieses Konzept ist normalerweise für sogenannte Housekeeping-Funktionen reserviert, die periodisch aktualisiert oder überwacht werden. Das Hochvolt-Board FlexMC nutzt eine I²C-Schnittstelle für die Kommunikation mit einem PFC-Controller sowie einen A/D-Umsetzer zur Überwachung von Bus-Spannung, Bus-Strom und IGBT-Temperatur. Der ADuM1250 ermöglicht, dass alle diese Funktionen auf der Hochvoltseite durch den Controller und mit lediglich einer Zweidraht-Schnittstelle über einen einzigen Isolator überwacht werden können. Im Gegensatz dazu gibt es auf dem Markt keinen Optokoppler mit I²C-Isolation. Der ADuM1250 ist daher in Bezug auf Kosten, Abmessungen, Anzahl der Bauteile und Leistungsfähigkeit eine echte Option gegenüber Optokopplern (Tabelle 3).

	ADuM1250	Optokoppler-Lösung
Größe (mm²)	194	439
Kosten ($)	2,10	6,14
Anzahl der Bauteile	1	3
Max. Übertragungsgeschwindigkeit (Mbit/s)	1	1
Dielektrische Isolation (VRMS)	2.500	2.500
MTTF (106 h)	3.712	6,8
Leistung (mW)	20	100

Tabelle 3. Der Digitalisolator mit I²C-Schnittstelle ADuM1250 hat hinsichtlich Abmessungen und Leistungsfähigkeit die Nase vorn: Die Optokoppler-Lösung kann hier nur bedingt mithalten.

Isolierte Leistung

Ein weiterer Bereich, in dem diese Schaltung von Digitalisolatortechnologie profitiert, ist die Realisierung von Stromversorgungen mit sehr kleinen Spannungspegeln. Zwei Bausteine des Typs ADuM5000 wurden verwendet, um isolierte 5-V-Versorgungen mit bis zu 500 mW Ausgangsleistung zu realisieren. Diese dienen zur Versorgung der Analogseite der ΣΔ-Wandler, die sich entsprechend der sich schnell ändernden Motorspannung verhalten. Diese isolierten Versorgungen nutzen die gleiche Technologie wie die Datenisolatoren. Somit haben sie einen internen Transformator, der mit 180 MHz schaltet. Diese Frequenz ist um drei Größenordnungen höher als bei Standard-DC/DC-Wandlern, was wesentlich kleinere Systemabmessungen erlaubt. Die isolierten DC/DC-Wandler ADuM5000 ermöglichen auf einfache Weise isolierte Spannungen mit geringen Leistungen im 16-poligen SOIC-Gehäuse.

Die Autoren
Gaetano (Guy) Fichera begann seine Karriere als Entwicklungsingenieur für leistungselektronische Systeme. 1999 wechselte er als Elektroingenieur für Embedded-Systeme zu Boston Engineering. Heute ist er dort als Director of Electronics für die Produktentwicklung für den industriellen und kommerziellen Markt verantwortlich.
Yu-Hin Wong arbeitet seit 2005 als Elektrotechnik-Ingenieur bei Boston Engineering. Yu-Hin hat bisher zu vielen Produktneuentwicklungen mit Fokus auf Analog- und Leistungselektronik-Design beigetragen.