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[FAQ] 如何防止过压损坏电机驱动系统

最容易损坏电机驱动器组件或系统的一种因素是意外感应过压。由于超过此类器件的绝对最大额定值,过压可能会导致系统组件损坏。此常见问题解答将讨论过压的发生方式以及缓解方法。

电机既可用于从电源向机械扭矩输送电力,也可以用作获取机械扭矩并将其转换回电能的发电机。因此,在某些情况下,电机可能会导致电源电压“升高”。当电机充当发电机时,需要正确处理系统中的感应电流,否则可能会发生过压事件。

电机驱动系统中如何发生过压

  1. 使电机滑行减速:当使电机滑行时,电机的机械/旋转能量会转换回电能(电压和电流)。在滑行模式下,功率级体二极管会将电流从电机传导回电源,从而导致电源泵回。
  2. 对故障条件的响应导致电机滑行:在大多数故障情况下,默认响应是关断所有 MOSFET,以防止对系统造成任何可能的损坏。虽然这可以很好地防止由于高电流或其他常见影响而导致任何级联故障情况,但关断所有 MOSFET 会导致电机滑行。如果电机当时正在旋转,它将滑行减速并将所有能量返回给电源,从而导致电源泵回。
  3. 反向驱动电机:电动自行车便是这方面一个很好的示例。电动自行车下坡时,电机充当发电机并导致电源电压升高。一些电动自行车系统利用此工作模式为电池带来再生能量,以便对其进行充电。在任何电机驱动系统中,当电机可从外部强制旋转时,如果电机产生的能量不受控制,则可能会导致过压事件。
  4. 没有足够的大容量电容:驱动具有可变负载的电机时,电机通常会在旋转时导致轻微的电源泵回。虽然这是正常现象,但在设计系统时需要考虑到它。如果电机驱动电路没有足够的大容量电容,这种效应可能会导致严重的电源泵回。

如何缓解电机驱动系统中的过压问题

  1. 多用制动,少用滑行:调整减速方式来同时利用“制动”和“滑行”,而不只是利用“滑行”,从而缓解某些反电动势。在制动模式下工作时,电流不会再循环进入电源,因此不会导致电源泵回。但是,某些电机在施加制动时可能会产生过大的电流。
  2. 降低减速率:在算法中将可能的最大减速限制为不会施加明显小于反电动势的驱动信号,这可以降低电机减速时产生的功率。
  3. 添加更多大容量电容:通过在电机上添加更多的大容量电容,电源泵回期间电压上升便会减慢。因此,电源会上升到的最大电压将随附加的大容量电容而降低。虽然这不会消除电源泵回,但它可以将电源泵回量保持在可管理的水平内。
  4. AVS 技术:一些集成电机控制算法的器件还集成了抗电压浪涌技术,您可以在此处阅读更多信息:链接
  5. 添加外部钳位电路:添加一个外部下拉电阻(制动电路)。此电路可用于从外部对电机进行“短路”并释放电机功率。钳位电路可由模拟反馈电路自动激活或由微控制器控制。 

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