使用逐周期电流限制控制保护我们的BLDC电机驱动器守护自然的和谐旋转

在我之前的叙述中，我们探讨了无刷直流电机（BLDC）的工作原理以及它如何被广泛应用于各种工业和消费电子设备。今天，我想继续深入探讨BLDC驱动器的设计与保护，特别是如何通过逐周期电流限制来控制我们的BLDC电机驱动器。

首先，让我们回顾一下三相无刷直流电机由三相绕线定子和带有永磁体的转子组成，这使得它们在高效率、高扭矩重量比、低维护和长寿命方面表现出色。然而，由于没有物理的刷子来感应交流电流，BLDC需要使用电子驱动器来正确地控制其绕组中的电流。

其中，最常见的是三相H桥逆变器，它能够根据位置传感器反馈或无传感算法进行换向，以实现120度梯形控制。在这种模式下，只有两个绕组导通，而单极开关(软斩波)负责控制绕组电流，每个开关在每个120度周期内仅导通一次。为了计算任意时刻的绕组电流，可以使用公式1给出的数学模型，该模型包括施加给两个导通绕组上的电压、线间電機繞組電阻、線間電機繞組電感以及反向勢（由轉子的磁场产生）。

此外，当失速条件发生时，即零速度状态下，反向势为零，因此当没有负载的情况下，稳态電機繞組中的電流量受限于其内部阻抗。当超过额定功率范围并导致过热时，可能会出现饱和现象，其中线圈对抗强大的磁场而导致温度上升，从而缩短了整体系统的寿命。

为了避免这些问题，我们需要适当设计我们的驱动系统以承载额定功率，并且必须确保具有足够强大的过载保护功能，以防止任何不必要损害。此外，如果允许将失速当前直接加载到逆变器级别，那么这个级别必须能够承受更高水平的输入功率，这增加了成本并影响到整体系统大小。此外，还存在风险，因为长时间承载较高当前可能会导致整个发动机变得过热，从而损坏关键部件，如永磁体。

为了解决这一问题，我们可以通过监测三个相之间差分信号或监测一个特定的点——如图1所示——来检测三个相之中的一个，以便确定所有三个相之中哪一个处于活动状态。这意味着我们可以简单地检查总线返回处是否存在有效信号，即“母线”部分是否有实际数据。这也意味着只需在那里安装一个非常简单且低成本的小型检测装置即可完成任务，不必对整个系统进行大规模改造。

最后，但同样重要的是，在某些情况下，比如单极二象限驾驶模式下，只有一半数量的开关激活。在这样的模式中，每个60度换向期间只有两个支路同时激活，而第三个支路保持关闭状态。一旦理解了这两种不同类型的情景，就很容易看出为什么要专注于总线上的当前，而不是任何其他地方，因为总线上的当前是一个指示哪些支路正在执行工作，以及他们如何互补以形成完整的一次循环运动。