防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電應(yīng)力過(guò)大的三種方法

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

在我為這個(gè)系列寫的最后一篇博文中，與熱點(diǎn)問(wèn)答有關(guān)，我解釋了什么是電氣過(guò)應(yīng)力(EOS)，它如何影響集成電路(IC)元件，以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中幾種常見(jiàn)的EOS來(lái)源(根據(jù)上面提到的內(nèi)容，這就是“問(wèn)題”)。我的一個(gè)同事介紹過(guò)動(dòng)力泵，常見(jiàn)的EOS源。但是，可以采取哪些措施來(lái)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(jiàn)的方法，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以使用這些方法來(lái)防止EOS或保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的組件免受EOS。

在設(shè)計(jì)時(shí)留出余量

最常見(jiàn)的方法之一是設(shè)計(jì)一個(gè)具有足夠操作裕度的系統(tǒng)，而不需要對(duì)保護(hù)機(jī)制和裝置進(jìn)行深入和詳細(xì)的研究。

這里我舉個(gè)例子。交流/DC轉(zhuǎn)換器為簡(jiǎn)單的刷DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生24V電源。有刷DC電機(jī)由DRV8701 H橋柵極驅(qū)動(dòng)器和CSD18509Q5B功率MOSFET驅(qū)動(dòng)，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(shí)際使用環(huán)境中，該24V電壓會(huì)因不同的負(fù)載條件、電機(jī)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(dāng)額定電壓的組件。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dá)45V的電壓，而CSD18509Q5B支持高達(dá)40V的電壓，以承受電源電壓的變化和瞬變。

圖1:無(wú)刷DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(wàn)能”大容量電容器。這種方法可以像聽(tīng)起來(lái)那樣簡(jiǎn)單，也可以非常復(fù)雜，需要定制不同尺寸的大電容來(lái)生成詳細(xì)的仿真，以解決寄生效應(yīng)和電機(jī)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(fù)載階段提供所需的電荷，或者在電機(jī)再生期間向外部提供產(chǎn)生的電荷，而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)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(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，都使用了一定數(shù)量的大電容。當(dāng)然，電容的大小取決于具體的系統(tǒng)。一些決定因素是：

電機(jī)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(jī)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(jī)類型(無(wú)刷DC、無(wú)刷DC和步進(jìn)電機(jī))。

電機(jī)制動(dòng)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(hù)，那么瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)是下一個(gè)常用的保護(hù)機(jī)制。TVS二極管的工作模式是當(dāng)電感電壓超過(guò)TVS的擊穿電壓時(shí)分流多余的電流。當(dāng)過(guò)壓情況消失時(shí)，TVS將自動(dòng)復(fù)位。有必要了解電視的幾個(gè)重要參數(shù)，包括：

漏電流：器件關(guān)閉時(shí)傳導(dǎo)的電流。

擊穿電壓：當(dāng)導(dǎo)電量大時(shí)發(fā)生。

箝位電壓：器件傳導(dǎo)全額定電流的時(shí)間。

額定功率：設(shè)備可以安全傳導(dǎo)的電能量。

還應(yīng)該知道器件的寄生電容和電感，可能會(huì)限制其有效性。

圖3:電視保護(hù)機(jī)制

TVS保護(hù)機(jī)制的一些常見(jiàn)缺點(diǎn)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(jiàn)的預(yù)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(yàn)，或者想在以后的博客里看到什么話題，請(qǐng)?jiān)谙旅媪粞浴Ｈ绻腥魏螁?wèn)題，您可以在E2E社區(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)論壇中搜索答案，或者咨詢我們的電機(jī)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。