無刷直流電機的保護電路方案

2021-01-09 電子產品世界

　　本文給出幾種電機的保護方案，它不僅響應速度快，控制可靠，而且大大地降低了保護裝置的生產成本。該保護電路與傳統的保護電路相比，省去了熱繼電器、交流接觸器等保護裝置的能耗，與電機為一體。經測試驗證，效果良好。

　　1 電流檢測原理

　　要實現過流保護，首要的任務是檢測電機的電流。通常有2種檢測電流的方法：

　　(1)小阻值無感採樣電阻。通常採用康銅絲或者貼片件，這是一種廉價的方案，但是要注意採樣電阻阻值的選取，功率要足夠大，同時電阻的電感要小，以排除感抗在電阻兩端引起的電壓降。

　　(2)霍爾電流傳感器。適合驅動開發，採用LEM公司的LA28-NP霍爾電流傳感器的電流測量，它的優點是精度高，可靠性高。

　　在電流採樣的位置上也有2種方法可以選擇：

　　(1)相電流採樣。將採樣電阻或者霍爾電流傳感器置於每一相，假設三相電流分別為ia，ib和ic，又因為無刷電機的三相電流有如下關係：ia+ib+ic=0，所以只要檢測出無刷電機中兩相電流就可以得到另一相的電流信息。

　　(2)母線電流採樣。一般是將採樣電阻或者電力傳感器置於母線負側進行電流採樣。

　　下面介紹一種基於LEM霍爾電流傳感器採樣母線電流的方法，該方法精度高，可靠性高。

　　將霍爾傳感器LA28置於母線負側到地之間進行電流檢測，LA28將檢測到的初級電流按1 000：1的比例進行縮小，得到次級電流，次級電流經過I/V電路之後轉化為方便A/D(模/數轉換模塊)採集的電壓量，但是I/V輸出的電壓信號含有豐富的PWM斬波的高次諧波分量，所以如果直接送單片機的A/D口，會檢測不到電壓信息，因此需要加信號調理電路，即將I/V電路得到的電壓送入巴特沃思(Butterworth)二階低通濾波器進行低通濾波。經過低通濾波之後可以將高次諧波分量濾除，進而得到直流分量，同時為了便於A/D口採集，將濾波後的小電壓信號進行比例放大，之後送入A/D口進行檢測。這個硬體電路示意圖如圖1所示。

　　

　　I/V電路如圖2所示。

　　

　　圖3給出了二階低通濾波器的設計方法。實際設計時，使R1=R2，C1=2C2，可以實現-40 dB/10倍頻的頻率響應。其截至頻率的計算公式為：

　　


　　在實際電路中電阻電容取值為R=100 kΩ，C=1μF，截至頻率f=1.126 Hz，從而將方波電壓信號的中高次諧波分量濾除，進而得到平穩的直流分量。

　　

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