使用逐周期电流限制控制保护我们的BLDC电机驱动器探索自然界中的四大电机类型直流交流步进和伺服

使用逐周期电流限制控制保护我们的BLDC电机驱动器探索自然界中的四大电机类型直流交流步进和伺服

在自然界中,电机的四大类型——直流、交流、步进和伺服——共同维系着地球上的运动与能量转换。无刷直流(BLDC)电机因其高效率、高扭矩重量比、低维护和长寿命而备受欢迎。在这类电机中,由于没有使用传统的电刷,因此需要电子驱动器来正确控制绕组中的电流。

其中最常见的电子驱动器是三相H桥逆变器,它通过位置传感器反馈或无传感器算法来进行绕组电流的换向。BLDC 电机通常采用120度梯形控制,每个周期内只有两个绕组导通,而每个开关在此处仅在120度的电周期内导通。

为了计算任意时刻BLDC 电机的绕组电流,我们可以使用公式1给出的电气模型,其中包括施加到两个导通绕组上的電压V、线间電機绕組電阻R、線間電機繞組電感L以及線間反電動勢E。在失速条件下,反電動勢为零,因此当停转时,稳态绕组中只受到电阻限制;而过载时,由于磁抗降低,当前升高至甚至超过额定值。

考虑一个400W功率、220V额定直流压力及3.6A RMS额定环路流量的示例BLDC 电机,其环路抵抗约为6Ω。这意味着失速流量等于220V/6Ω=36.67A,这要求逆变级需承载36.67A。如果不设限,则逆变级需体积庞大且成本昂贵,并可能导致过热并损坏环路或永磁体退磁。

如果我们针对标称流量设计驱动系统,则必须适当设置环路过流量保护以防止逆变级和环路损坏。首先检测环路流量,然后通过将所有相串联或将所有逆变支路放置监测设备来测量三相环路流量,或从两相波浪推断第三相波浪。此外,在梯形控制期间,只有两个支管活动状态供给功率,所以可以直接用母线返回处安装一个低成本检测阻性元件来监测总线上共享接地点所产生之信号,如图1所示。

对于单极二象限模式,将PWM应用于一侧桥臂,但另侧保持打开状态。在整个60度交替期间,对应另外一侧保持关闭状态。当顶部开关打开时两端被连接,当顶部与底部同时打开时则形成闭合循环。当顶部PWM为零(即关闭)时由底部延续,而不会影响母线当前,从而允许持续计数至达到峰值后停止计数,即可提供保护措施。而直接对母线当前进行监控也足以提供峰值限制功能,因为它能够实现在任何情况下都能快速反应并避免短暂尖峰出现的问题。