PMDC 電機負載的 ACDC 電源啟動注意事項第一部分

永磁直流(PMDC)電機在要求高效率、高起動轉(zhuǎn)矩和線性轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中提供了一種相對簡單可靠的直流驅(qū)動解決方案。隨著鐵氧體和稀土磁體材料以及電子控制技術(shù)的發(fā)展，PMDC電機是一種具有成本競爭力的解決方案，尤其在高啟動電流和轉(zhuǎn)矩要求的應(yīng)用。永磁直流電機區(qū)別于其他直流電機的一個設(shè)計特點是用永磁體代替繞組磁場，它消除了在磁場繞組中單獨勵磁以及伴隨的電氣損耗。

永磁直流 (PMDC) 電機在便攜式真空吸塵器和無繩電動工具等應(yīng)用中提供更小的解決方案尺寸和更高的效率。在為 PMDC 電機設(shè)計隔離式電源時，需要牢記幾個考慮因素——瞬態(tài)響應(yīng)、所需的峰值負載、解決方案尺寸和成本——這些因素直接影響電源架構(gòu)的設(shè)計和所選的電源轉(zhuǎn)換器拓撲。

與 PMDC 電機相關(guān)的一個特殊挑戰(zhàn)是電機的峰值電流可能比其穩(wěn)態(tài)電流大幾倍。這種峰值負載直接影響隔離電源的電源拓撲選擇和成本。為了說明 PMDC 的這一特性，請考慮直流電機的基本工作電壓方程(方程 1)：

V s = V b + V L + I a R a (1)

這里，V s是施加的電機電源電壓，V b 是電機的反電動勢 (EMF)，V L 是轉(zhuǎn)子電感上的電壓，I a和R a分別是電樞電流和電阻. 這種工作電壓關(guān)系如圖 1 所示。

圖 1直流電機的簡化模型說明了 PMDC 特性。

當電機完全靜止時，反電動勢等于 0 V——假設(shè)沒有任何旋轉(zhuǎn)運動——電機所需的電流僅受電樞電阻的限制。由于電樞電阻通常小于 1 Ω，因此在產(chǎn)生反電動勢之前施加完整的標稱電源電壓時，電機的初始電流需求可能比穩(wěn)態(tài)電流高幾倍。

解決峰值電流應(yīng)力的方法

大的初始電流需求對隔離式電源提出了特殊的挑戰(zhàn)，需要仔細考慮以確定最終產(chǎn)品可以接受的折衷方案。我們的選擇包括：

· 設(shè)計隔離式轉(zhuǎn)換器以處理啟動期間的峰值功率

如果峰值電機電流值與最大穩(wěn)態(tài)電機電流值相似，則此方法可能是可接受的。但是，如果峰值負載大幾倍，它可能會變得昂貴，因為我們必須為更高的峰值負載設(shè)計功率因數(shù)校正 (PFC) 和隔離式 DC/DC 功率級。這種方法在功率級中需要更昂貴的元件——甚至需要改變所需的功率轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)——如果我們需要更大的磁性元件來避免飽和，還可能會增加電源的整體尺寸和重量。

· 使用大型電容器組

在這種方法中，隔離電源在連接到電源輸出的電容器組中積累了大量電荷，而電機未啟用。一旦啟用電機，存儲的電荷將提供電機指令的峰值負載，同時允許輸出電壓出現(xiàn)一些可接受的下降。這種方法很簡單，但需要能夠斷開電機與電源的連接，以便隔離電源可以在沒有連接電機負載的情況下啟動。對于更高功率的 PMDC，使用大型電容器組也不是一個好主意，因為所需的電容器組尺寸變得不合理地大。

· 輸出恒流限制

如果在隔離式電源反饋回路中構(gòu)建輸出電流限制，則電源能夠調(diào)節(jié)最大輸出電流。這種方法可以降低電源的峰值功率設(shè)計要求，并避免需要大型電容器組。但輸出電流調(diào)節(jié)電路確實需要一個單獨的偏置電源，以便在啟動期間正確調(diào)節(jié)輸出電流，除了電流檢測電路外，這還轉(zhuǎn)化為一個單獨的隔離輔助電源，如圖 2所示。

圖 2 AC/DC 電源框圖突出顯示了恒流和恒壓調(diào)節(jié)環(huán)路。