技术

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<strong>作者：Mark Cantrell，ADI公司应用工程师</strong>

触电安全的主要原则是，在危险加电电路与电气器件用户可接触的任何导体间必须存在相当于两个独立绝缘系统的屏障。绝缘系统之一可为安全接地机壳加上单个内部绝缘层。另一种方法是配置两个绝缘系统以提供冗余保护。因此，使用双重绝缘方法的复杂电气系统要求在不损失信号完整性的前提通过两个绝缘层触进行电流隔离通信，这就需要具有等效电气强度和双冗余绝缘系统可靠性的器件。这种器件称为加强绝缘器件，依靠结构、型式试验和生产中持续监控来确保与两个独立系统具有同等的安全性。

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作者：Brian Kennedy，ADI公司数字隔离器部高级 应用工程师

<strong>内容提要</strong>

带同步整流功能的隔离式DC-DC转换器的传统设计方法是使用光耦合器或脉冲变压器进行隔离，并将其与一个栅极驱动器IC结合在一起。本文将说明光耦合器和脉冲变压器的局限性，并提出一种集成度更高的方法，其性能更高，解决方案尺寸和成本则低得多。

<strong>脉冲变压器</strong>

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<strong>摘要</strong>

新的国际标准和法规加速了工业设备对安全系统的需求。功能安全的目标是保护人员和财产免受损害。这可以通过使用针对特定危险的安全功能来实现。安全功能由一系列子系统组成，包括传感器、逻辑和输出模块，因而需要系统层面和集成电路层面的专门技能来提供具有适当功能组合的IC。本文以 AD7770 Σ-Δ ADC 为例，探讨如何构思和设计高性能IC以提供模拟域和数字域中的先进特性组合，从而简化安全系统的设计。

<strong>简介</strong>

墨菲定律变体之一："如果几件事都可能出错，首先出错的往往是会造成最大损失的那一件。"

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【导读】 由于带整流负载异步发动机具有可靠性高，成本低，功率密度高等优点，在电力系统直流供电模块中有重要应用。本文介绍了异步发电机带线性负载稳态和暂态的研究方法，同时也讨论了异步发电机带整流负载外特性研究方法。最后，对于异步发电机带整流负载谐波进行相关分析。一、异步发电机带线性负载稳态研究方法

步发电机的稳态研究主要是利用异步发电的一相等值电路，然后针对等值电路利用回路阻抗法或者节点导纳法列写电路方程，通过求解方程获得异步发电机的各种待求参数。

说起对工业机器人的性能要求，无非就是“快、准、狠”三字。其实这也就是对机器人关节伺服电机的要求，今天我们就来拆解一下这三字背后的含义。

其中“快”、“准”的意思大家都非常好了解，就是要求伺服电机的响应速度要快，控制精度要高。而“狠”字又怎么解呢?其实大家仔细想想，伺服电机除了又快又准外，我们对它的余下要求就是过载能力强，即“狠”了。

为什么伺服电机要求过载能力强?

由于伺服电机在机器人上主要用于驱动关节的运动，因此它需要进行频繁正反转短时运行。而在这种频繁正反转，而且又带着一定惯量的负载，还要求控制速度非常快的情况下，对伺服电机的过载能力(过载扭矩、过载电流)要求是非常高的。

Te=Tload+J*dω/dt+Kn

在电动汽车中，电动机是非常重要的一个关键零部件，此前我们已经陆续介绍过电动机都有哪些类型？电动机有什么性能特点？此篇解析两种不同类型的电动机如何产生动力！
交流异步电动机怎样产生动力呢？

交流电动机的工作原理：通电绕组在旋转磁场里转动。

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《GB/T1032-2012三相异步电动机试验方法》中电机效率的测试方法有A法、B法、C法、E法或E1法、F法或F1法、G法或G1法、H法，另外对于支持调速的电机，还有MAP图法，不同的试验方法适应不同的电动机，不同试验方法准确性也不一样，下面就让我们一起来看一下几种常用测试方法的区别。

我们先说说磁铁磁钢是什么?

磁钢其实是个含义很广的玩意,简单说来就是永磁体,传统叫吸铁石,当然磁钢的磁性相对较弱。

工业革命以后经过法拉第、麦克斯、韦洛伦兹等人研究,电磁转换成了引领时代发展的动力。那 么这个时候的电磁学理论是有了,但受制于永磁体的工艺和材料问题,直流电机的体积就成了一 个无法突破的瓶颈。9.18 那年不单是日本人进了东北,日本人在冶金方面也取得了突破:三岛 德七突破性的发现铝镍钴配比得当可以获得很好的磁性,而且磁钢可以造高温(600 度环境)下 不退磁,也为后期强力磁钢的发展提供了契机,而由此带来了直流电机小型化的一个飞跃发展, 当然随着人类的需求磁钢很快又跟上需求的节奏,于是电动车电机使用的钕铁硼稀土磁钢在 70年代初问世,并于 1983 年定型钕铁硼配方标准一直延续至今霸占磁王的宝座,而且不巧的也是 日本人再次获此殊荣。

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机器人的传动和布局设计从理论上讲应该是比较成熟的领域，如果有样机，拆开一看就可以知道大部分的结构。但是在结构优化设计经验、装配规范的标准化、零配件的按需定制以及供应链优化等方面国内厂商还需要很长时间的积累。

本文以KUKA为例，分协作机器人iiwa和传统机器人KR两个大系列。

<strong>协作机器人iiwa</strong>

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<strong>Jakub Szymczak, Shane O'Meara, Johnny Gealon, 和 Christopher Nelson De La Rama</strong>

<strong>简介</strong>

旋变器和机电传感器可用来精确测量角位置，以可变耦合变压器的方式工作，其初级绕组和两个次级绕组之间的磁耦合量根据旋转部件（转子）位置而改变；转子通常安装在电机轴上。旋变器可部署在工业电机控制、伺服器、机器人、混合动力和全电动汽车中的动力系统单元以及要求提供精确轴旋转的其他许多应用中。旋变器在这些应用中可以长期耐受严苛条件，是恶劣环境下军用系统的完美选择。

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<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示电路提供非接触式AMR(各向异性磁阻)角度测量解决方案，可在180°范围内具有1°角度精度。该电路适合高速、精确、非接触式角度测量应用。

电路提供全部必要的信号调理，包括仪表放大器、缓冲器和双通道ADC，可高效处理 AMR传感器的低电平电桥输出。

使用该电路是一种业界领先的角度测量解决方案，适用于机床速度控制、起重机角度控制、电机速度测量和其他工业或汽车应用。

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我国车用电机在全球资源条件下具有明显的比较优势，发展潜力较大。从新能源汽车的产业链来看，受益端将主要集中在核心零部件领域。国内车用驱动电机行业现状：电机业中的小行业、但制造门槛高，电机驱动系统还存在较多差距与不足，但国内政策扶持将加快产业步伐。

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电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。

在环保的大环境下，电动汽车也成为了近年来研究的热点，电动汽车在城市交通中可以实现零排放或极低排放，在环保领域优势巨大，各国都在努力发展电动汽车。电动汽车主要是由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。因此，对于驱动电机的选择就尤为重要。

<strong>1、电动汽车对于驱动电机的要求</strong>

目前对于电动汽车性能的评定，主要是考虑以下三个性能指标：

现阶段关于电动汽车关键零部件的讨论，大部分主要集中在对动力电池的讨论上，而对电机电控等方面的探讨，却少之又少。究其原因，一方面是关于动力电池技术的发展上，不时有新技术与新热点出现，容易吸引媒体与读者的注意。而电机电控方面，新技术新热点则少之又少；二是在电机电控领域，尤其是在电控领域，国内供应商还处于一个相对初级的阶段，所研发的产品还无法达到国际领先水平，这也极大的限制了广大消费者们对电机电控技术的关心。鉴于篇幅所限，笔者只对电机电控的基本知识为大家做一个简单的介绍，希望对大家能有所帮助。

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表面微加工是一种用来构建硅机电结构的技术。 结合板载信号调理电路，可将完整的机电系统经济高效地构建在单个硅片上。 用于汽车安全气囊的加速度计是第一款成功商用的表面微加工传感器。 此后，人们往各个领域进行了探索。 最新的开发工作关注三个方面： 提高加速度计性能、更高的集成度和新功能。 开发了两款低g加速度计，其中一款可以解析5 mg信号，另一款采用Σ-Δ环路实现数字输出。 很多工作都围绕着新功能展开，而最新开发工作包括表面微加工速率陀螺仪。

<strong>什么是表面微加工？</strong>

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<strong>作者 ：Hein Marais，高级产品应用工程师</strong>

CAN 是一种差分信号标准，广泛用于汽车、工业和仪器仪表行业。它用于不同系统之间的串行通信，这些系统常常是经长距离连接到不同的电源系统。由于环境限制，常常使用电流隔离来中断接地环路或提供物理安全性。

隔离式 CAN 网络的传播延迟比非隔离式 CAN 网络要长，设计起来可能颇具挑战性。图 1 显示一个使用信号和电源隔离 CAN 收发器ADM3053 的隔离式 CAN 节点，我们将以它为例来计算所需的 CAN控制器参数，以便在 20 米电缆上以 1 Mbps 的速度进行通信。

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许多传感器接口应用要求信号和电源隔离。为了运行模数转换器(ADC)、提供传感器偏置以及实现数字信号隔离，电源是必需的，但隔离电源的开关噪声可能会影响高精度测量。例如，当ADuM5201 isoPower的储能电路工作时，会产生360 MHz的噪声。如果该噪声与ADC的采样时间重合，噪声将耦合到传感器偏置、ADC电源或基准电压源中，导致测量丧失一定的保真度。为减少干扰，数字系统的常规做法是在时钟沿之间开始ADC转换，确保开关噪声不与电压转换相互作用。

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集成隔离电源isoPower®的iCoupler®数字隔离器采用隔离式DC-DC转换器，能够在125 MHz至200 MHz的频率范围内切换相对较大的电流。在这些高频率下工作可能会增加对电磁辐射和传导噪声的担心。ADI公司的AN-0971应用笔记“isoPower器件的辐射控制建议”提供了最大限度降低辐射的电路和布局指南。实践证明，通过电路优化（降低负载电流和电源电压）和使用跨隔离栅拼接电容（通过PCB内层电容实现），可把峰值辐射降低25 dB以上。

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国际能源报告显示，2006年电子电机的能耗为全球电能消耗总量的46%，相当于6040 Mt CO2排放量 。这导致人们要求电机驱动器 制造商新增高级控制功能和工具，以便优化系统能效。在工厂生 产系统中优化能效的新电机驱动器生态系统已得到了全球范围内 的广泛认可。对于欧洲来说，得益于节能政策，工业电能消耗量 呈现出每年1%的下降趋势。

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在恶劣的电机应用环境中，应用要求能够抵御高压瞬变，防止数据受扰，并且消除高压电压力对隔离器隔离寿命的影响。此类应用的典型隔离解决方案是光耦合器，其内部绝缘层很厚，可以承受高压，但缺点是要使用发光二极管(LED)，其光强度会随着时间推移和温度变化而降低，这就会带来设计和可靠性问题。

新型数字隔离器不使用LED，消除了可靠性问题，改善了绝缘能力，可与光耦合器相媲美，除此之外，它们的优势是对高压瞬变的抗扰度更强，能够更好地满足电机控制应用的要求。

<strong>认识数字隔离器，从基本框架开始</strong>

数字隔离器结构和技术如图1中的示例框图所示。根据具体架构，数字隔离器响应输入逻辑电平或输入脉冲。可使用不同方法编码和解码信号，以便跨越隔离栅收发逻辑数据。