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电动车无刷电机控制器短路的工作模型


中心议题:

  • 电动车无刷电机控制器的短路模型及分析
  • 合理的保护时间计算
  • 设计短路保护应注意的几个问题


短路保护在瞬间大电流时能对MOSFET提供可靠的快速保护,大大增加了控制的可靠性,减少了控制器的损坏率。本文介绍电动车无刷电机控制器短路的工作模型,主要内容包括:短路模型及分析;计算合理的保护时间;设计短路保护应注意的几个问题。

1短路模型及分析

短路模型如图1所示,其中仅画出了功率输出级的A、B两相(共三相)。Q1和Q3为A相MOSFET,Q2和Q4为B相MOSFET,所有功率MOSFET均为AOT430。L1为电机线圈,Rs为电流检测电阻

当控制器工作时,如电机短路,则会形成如图1中所示的流经Q2,Q3的短路电流,其电流值很大,达几百安培,MOSFET的瞬态温升很大,这种情况下应及时保护,否则会使MOSFET结点温度过高而使MOSFET损坏。短路时Q3电压和电流波形如图2所示。图2a中的MOSFET能承受45us的大电流短路,而图2b中的MOSFET不能承受45us的大电流短路,当脉冲45us关断后,Vds回升,由于温度过高,仅经过10us的时间MOSFET便短路,Vds迅速下降,短路电流迅速上升。由图2我们可以看出短路时峰值电流达500A,这是由于短路时MOSFET直接将电源正负极短路,回路阻抗是导线,PCB走线及MOSFET的Rds(on)之和,其数值很小,一般为几十毫欧至几百毫欧。

2计算合理的保护时间

在实际应用中,不同设计的控制器,其回路电感和电阻存在一定的差别以及短路时的电源电压不同,导致控制器三相输出线短路时的短路电流各不相同,所以设计者应跟据自己的实际电路和使用条件设计合理的保护时间。

短路保护时间计算步骤:

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