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BLDC驱动基础篇:堵转保护

-- The Start --

前言:

堵转保护,是电机驱动中最为常见且必要的保护之一。对于电机驱动老手而言,堵转检测与保护就很简单了。但是,自从上月开通微信联系方式后,有部分新手朋友就在希望我分享堵转检测相关知识,请见下图1和图2。图1图2再回想自己刚开始接触电机驱动时,好像也有过一段时间没搞明白什么是堵转,怎么检测堵转,怎么设计堵转保护。可见,一些相对简单的理论,也有必要做分享。于是,本文就对堵转相关内容做分享。
1. 堵转定义和保护分类电机堵转如何定义?这个问题好办,百度一下,立马清楚,请见下图3。图3
从图3中内容可知,所谓堵转,其本质意思是电机被堵住不转了。被谁堵住?当然是大负载。白话一点就是:电机被大负载堵住了,转不动了。堵转时,因为电机不再转动,所有电能全部消耗在电机定子线圈上,结果如下:(1)过流烧毁:如果电流超过定子线圈或者功率管的最大承受电流,那么将直接将电机或者功率管烧毁。(2)过温烧毁:如果电流较小,那么定子线圈或功率管会因恒定导通而发热发烫,也可能被烧毁。
由此可见,堵转保护何等重要。
堵转保护常见分类:(1)堵转电流保护(2)堵转相位保护(3)多级堵转电流保护
2. 堵转电流保护堵转电流保护定义:在六步换相法驱动电机的过程中,任意相位恒定持续一定时间且电流超过一定值,我们认为堵转电流发生,立刻停机。
该保护其实很好理解,电流太大还持续很长时间,那么肯定得停机。至于堵转时间和电流要根据功率管和电机定子线圈能承受电流的能力而定。我的个人经验,堵转电流不应太大,大致设置在额定电流的1/3以下;堵转时间也不要设置太长,可以参考电机最低转速时单相时间的1.5倍或者2倍。
在很多电机产品的规格书中,为了提高所谓产品的带负载能力,经常要求在很大堵转电流的情况下,堵转时间还超过1秒钟,2秒钟,甚至好几秒钟等。我认为这很危险且不合理。因为,如果负载在功率管或者电机功率范围内,只要驱动参数没问题,那么大概率是不会堵转。既然发生了堵转,那么大概率是负载超过了功率管或者电机的功率范围,后者是驱动参数需要优化。因此,不应该再让功率管或者电机超负荷工作,这很容易烧毁功率管或者电机,而是应该立即停机保护,或者优化驱动参数。
堵转电流保护波形如下图4。图4如图5,通道1、2、3是端电压波形,通道4是总线电流波形。电机刚转动,通道1和3恒定导通,便发生了堵转。此时,堵转电流较大,堵转时间持续20ms后停机保护。
3. 堵转相位保护堵转相位定义:在六步换相法驱动电机的过程中,任意相位恒定持续一定时间,我们认为堵转相位发生,立刻停机。换句话说,只要不换相了,或者说,换相条件一直不满足了,都应该要停机。
绝大多数同学只听过或者做过堵转电流保护,却很少听过更没做过堵转相位保护。这不奇怪,因为这个保护是我做电机驱动过程中发明的。在一次堵转调试过程中,明明电流很小,但是功率管却冒了青烟。反复思考后,才发现是因为电流太小没有触发堵转电流保护,但是功率管因恒定导通持续发热,最终因过温而烧毁。你是否遇到过?如果你不信,你可以开10%PWM占空比(让电流小到无法触发堵转电流保护)恒定导通任意一相。试一试?
堵转相位保护波形如下图5。图5如图5,通道1、2、3是端电压波形,通道4是总线电流波形。电机刚转动,通道1和3恒定导通,便发生了堵转。此时,虽然电流很小,堵转时间持续30ms后依然停机保护。
细心的同学一定已发现,堵转相位保护的时间要比堵转电流保护的要长。这道理很容易理解:小电流长时间,大电流短时间。
4. 多级堵转电流保护多级堵转电流保护,顾名思义,就是堵转电流保护的升级版。可以设计多档堵转电流保护,多级保护并发执行,互不干涉,任意一级条件满足则立马停机保护。
在一些大电流的应用场景,比如50A以上。由于堵转发生的时间是随机,所以在任意电流大小的情况下,都可能发生堵转。比如,30A,40A,50A等。那么根据原理:小电流长时间,大电流短时间,多级堵转电流保护就诞生了。比如,堵转电流50A以上,持续5ms,停机保护; 堵转电流40A以上,持续10ms,停机保护;堵转电流30A以上,持续15ms,停机保护。原理归根结底还是:小电流长时间,大电流短时间。
当然,在一些电流不太大的情况下,或者只用堵转相位保护和堵转电流保护就可以满足产品功能要求,那么多级堵转电流保护也就没必要了。
小结:(1)堵转保护是电机驱动中不可缺少的保护。
(2)堵转保护的电流和时间,需要根据功率管和电机功率进行综合评估。一味按照产品功能设置,一定烧板或者烧机。(3)堵转相位保护很容易被大家忽略,值得提醒大家引起重视。-- The End --往期文章:

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