防止電機驅(qū)動系統(tǒng)中電應(yīng)力過大的三種方法

俗話說，偉大的工程師不僅能發(fā)現(xiàn)問題，而且能更好地解決問題。

在我為這個系列寫的最后一篇博文中，與熱點問答有關(guān)，我解釋了什么是電氣過應(yīng)力(EOS)，它如何影響集成電路(IC)元件，以及電機驅(qū)動系統(tǒng)中幾種常見的EOS來源(根據(jù)上面提到的內(nèi)容，這就是“問題”)。我的一個同事介紹過動力泵，常見的EOS源。但是，可以采取哪些措施來防止EOS(什么是“解決方案”)？在這篇博客文章中，我將介紹幾種更常見的方法，系統(tǒng)設(shè)計人員可以使用這些方法來防止EOS或保護電機驅(qū)動系統(tǒng)中的組件免受EOS。

在設(shè)計時留出余量

最常見的方法之一是設(shè)計一個具有足夠操作裕度的系統(tǒng)，而不需要對保護機制和裝置進行深入和詳細的研究。

這里我舉個例子。交流/DC轉(zhuǎn)換器為簡單的刷DC電機驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生24V電源。有刷DC電機由DRV8701 H橋柵極驅(qū)動器和CSD18509Q5B功率MOSFET驅(qū)動，直接由24V電源供電。

在理想情況下，24V電源的供電電壓為24V。在實際使用環(huán)境中，該24V電壓會因不同的負載條件、電機寄生效應(yīng)和再生電流而變化。了解電源電壓的變化使您能夠選擇具有適當額定電壓的組件。在電機驅(qū)動系統(tǒng)中，通常為部件額定值設(shè)置2倍的裕量。在圖1中，DRV8701支持高達45V的電壓，而CSD18509Q5B支持高達40V的電壓，以承受電源電壓的變化和瞬變。

圖1:無刷DC電機驅(qū)動系統(tǒng)

使用大容量電容器

還有一種常用的方法，我稱之為“萬能”大容量電容器。這種方法可以像聽起來那樣簡單，也可以非常復雜，需要定制不同尺寸的大電容來生成詳細的仿真，以解決寄生效應(yīng)和電機響應(yīng)。大型陶瓷或電解(大型)電容器提供局部電荷池。大容量電容器使系統(tǒng)能夠在負載階段提供所需的電荷，或者在電機再生期間向外部提供產(chǎn)生的電荷，而不會產(chǎn)生過大的電壓瞬變。圖2是局部大容量電容器。

圖2:大電容值系統(tǒng)

在幾乎所有的電機驅(qū)動系統(tǒng)中，都使用了一定數(shù)量的大電容。當然，電容的大小取決于具體的系統(tǒng)。一些決定因素是：

電機系統(tǒng)所需的最大電流。

電源的電容值和供電能力。

電源和電機系統(tǒng)之間的寄生電感數(shù)量。

可接受的電壓紋波。

使用的電機類型(無刷DC、無刷DC和步進電機)。

電機制動模式。

添加瞬態(tài)電壓抑制器

如果前兩種方法仍然不能為EOS提供足夠的保護，那么瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)是下一個常用的保護機制。TVS二極管的工作模式是當電感電壓超過TVS的擊穿電壓時分流多余的電流。當過壓情況消失時，TVS將自動復位。有必要了解電視的幾個重要參數(shù)，包括：

漏電流：器件關(guān)閉時傳導的電流。

擊穿電壓：當導電量大時發(fā)生。

箝位電壓：器件傳導全額定電流的時間。

額定功率：設(shè)備可以安全傳導的電能量。

還應(yīng)該知道器件的寄生電容和電感，可能會限制其有效性。

圖3:電視保護機制

TVS保護機制的一些常見缺點與其尺寸和成本有關(guān)。瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的尺寸與電壓瞬變期間必須從系統(tǒng)中移除的功率量直接相關(guān)。

以上只是一些常見的預防EOS的方法。還有很多其他方法。如果你有EOS解決方案，或者想分享你在這方面的經(jīng)驗，或者想在以后的博客里看到什么話題，請在下面留言。如果您有任何問題，您可以在E2E社區(qū)電機驅(qū)動論壇中搜索答案，或者咨詢我們的電機應(yīng)用團隊。