無刷直流電機的保護電路

摘要：為了使無刷直流電機長期穩定運行，采用加保護電路的方法使其正常工作，保護電路主要由欠壓保護、過流保護、短路保護等組成，在軟件里設置電壓、電流的閾值，直接對電壓、電流進行檢測并產生相應的保護，以免對電路和電機造成損害，并且做了相應的欠壓、過壓、過流測試實驗。實踐應用表明，該設計的幾種方案切實可行，能夠在異常情況下及時對電機做出保護動作。
關鍵詞：無刷直流電機；欠壓保護；過壓保護；過流保護

0 引言
電機廣泛應用于人們的生產、生活及科研等各個領域，因此各種類型的電機保護裝置應運而生，如欠壓保護、過壓保護及過流保護等。這些保護裝置相互獨立，不僅安裝麻煩，總體生產成本高，而且在電機正常運行過程中，還要消耗一定的電能，造成能源浪費。其實，上述保護裝置，歸根到底都是預防電機因自身過熱而燒毀。本文給出幾種電機的保護方案，它不僅響應速度快，控制可靠，而且大大地降低了保護裝置的生產成本。該保護電路與傳統的保護電路相比，省去了熱繼電器、交流接觸器等保護裝置的能耗，與電機為一體。經測試驗證，效果良好。

1 電流檢測原理
要實現過流保護，首要的任務是檢測電機的電流。通常有2種檢測電流的方法：
(1)小阻值無感采樣電阻。通常采用康銅絲或者貼片件，這是一種廉價的方案，但是要注意采樣電阻阻值的選取，功率要足夠大，同時電阻的電感要小，以排除感抗在電阻兩端引起的電壓降。
(2)霍爾電流傳感器。適合驅動開發，采用LEM公司的LA28-NP霍爾電流傳感器的電流測量，它的優點是精度高，可靠性高。
在電流采樣的位置上也有2種方法可以選擇：
(1)相電流采樣。將采樣電阻或者霍爾電流傳感器置于每一相，假設三相電流分別為ia，ib和ic，又因為無刷電機的三相電流有如下關系：ia+ib+ic=0，所以只要檢測出無刷電機中兩相電流就可以得到另一相的電流信息。
(2)母線電流采樣。一般是將采樣電阻或者電力傳感器置于母線負側進行電流采樣。
下面介紹一種基于LEM霍爾電流傳感器采樣母線電流的方法，該方法精度高，可靠性高。
將霍爾傳感器LA28置于母線負側到地之間進行電流檢測，LA28將檢測到的初級電流按1 000：1的比例進行縮小，得到次級電流，次級電流經過I／V電路之后轉化為方便A／D(模／數轉換模塊)采集的電壓量，但是I／V輸出的電壓信號含有豐富的PWM斬波的高次諧波分量，所以如果直接送單片機的A／D口，會檢測不到電壓信息，因此需要加信號調理電路，即將I／V電路得到的電壓送入巴特沃思(Butterworth)二階低通濾波器進行低通濾波。經過低通濾波之后可以將高次諧波分量濾除，進而得到直流分量，同時為了便于A／D口采集，將濾波后的小電壓信號進行比例放大，之后送入A／D口進行檢測。這個硬件電路示意圖如圖1所示。

I／V電路如圖2所示。

圖3給出了二階低通濾波器的設計方法。實際設計時，使R1=R2，C1=2C2，可以實現-40 dB／10倍頻的頻率響應。其截至頻率的計算公式為：