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BLDC/PMSM逆变器泄放电阻与刹车电阻

2022-7-29 14:09| 发布者: 闪电| 查看: 3| 评论: 0

摘要: 逆变器是把直流量通过PWM调制策略转变成交流量的一种硬件方案。在三相无刷电机/永磁同步电机控制中,通常使用三相两电平电压源型逆变器并结合SVPWM算法将DC电源转换为三相相位差为120度交流电源来驱动电机转动, 本 ...

逆变器是把直流量通过PWM调制策略转变成交流量的一种硬件方案。在三相无刷电机/永磁同步电机控制中,通常使用三相两电平电压源型逆变器并结合SVPWM算法将DC电源转换为三相相位差为120度交流电源来驱动电机转动, 本文结合ST的Gate Drive-STDRIVE101及MOS-STL100N10F7向大家介绍在电机控制中逆变器的泄放电阻及刹车电阻应用。

泄放电阻

在电机控制逆变器的应用电路中,通常会在MOS的G极和S极之间并联一个5-10K的电阻,如图中的R16、R28,这个电阻通常被叫做泄放电阻,用来泄放GS极间的电荷。加它的原因是因为MOS的GS极间的阻值非常高,通常为M欧以上,并且GS间还有寄生电容,这就导致GS一旦充电,就很难释放掉。如果没有这个泄放电阻,在G极通入高电平,负载会工作,而将G极上的控制信号去掉,由于结电容的存在,GS间的电压会维持在导通阀值以上很长一段时间,负载仍会继续工作。而加了泄放电阻,会加快泄放速度,使电路功能更加合理易用。

同时并非在所有电机控制逆变器的应用中都需要增加泄放电阻,还需要关注MOS相关参数,如VM电压、D极导通电流、G极驱动电压、寄生电容容值等参数。

实际的应用中,在寄生电容容值较小的情况下,可以省略掉泄放电阻;MOS截至的电流回路可通过:G极->R10->BAT48->GHS(GLS)形成泄放回路,MOS的导通路径:GHS(GLS)->R13->G极。不管是否增加泄放电阻,G极的导通和截至都需要走不同路径,确保导通路径和截至路径互不影响。

 



刹车电阻

刹车电阻一般也指制动电阻,在大功率的电机系统中,通常会在电机三相线中的任意两相增加刹车电阻,刹车电阻用于消耗电机在快速刹车产生的大量的再生电能,将再生电能转换为热能。如果不及时消耗掉这部分再生电能,就会直接作用于变频器或逆变器的直流电路部分,会损害变频器或逆变器;制动电阻的出现,很好的解决了这个问题,保护变频器或逆变器不受电机再生电能的危害。


其等效电路图为:


在制动时产生的感应电动势是上图的方向,此时线路的电压是:U0 + U1,即母线电压升高。如果不加入刹车电阻,这部分能量会在母线和电机上产生热量。所以刹车电阻上的电压是:

U = (U0 + U1) * R0/(R0 + R1)

刹车电阻需要选择合适的功率和阻值。需要从能量转换和守恒的角度来考虑刹车电阻的选型。根据系统的负载计算系统的总体动能:

EK = (m * v^2) / 2

W = P * t

P = U^2/R 

将系统刹车需要的时间t及负载带入上述公式,可以计算出R的阻值。

总结

泄放电阻用于释放功率器件(MOS)的GS极间寄生电容电荷,用于保护功率器件及保障半桥的功能正常使用,可以根据具体的逆变器及电机参数判断是否添加泄放电阻;刹车电阻用于电机快速制动,保护变频器或逆变器不受电机再生电能的危害,在电机功率较大的场景下增加刹车电阻是非常必要的。


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