当前位置:首页 > 汽车电子 > 汽车电子
[导读]议题内容: 电动车无刷电机控制器短路的工作模型 控制器在短路时MOSFET的工作状态 计算MOSFET瞬态温升的计算公式 设定短路保护时间的原则 解决方案: 温升公式:Tj = Tc + P × Rth(jc) 根据单脉冲的热阻系

议题内容:

电动车无刷电机控制器短路的工作模型
控制器在短路时MOSFET的工作状态
计算MOSFET瞬态温升的计算公式
设定短路保护时间的原则
解决方案:

温升公式:Tj = Tc + P × Rth(jc)
根据单脉冲的热阻系数确定允许的短路时间
工作温度越高短路保护时间就应该越短
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:

2.1 计算MOSFET短路时允许的瞬态温升

因为控制器有可能是在正常工作时突然短路,所以我们的设计应是基于正常工作时的温度来计算允许的瞬态温升。MOSFET的结点温度可由下式计算:

Tj = Tc + P × Rth(jc)
其中:

Tc:MOSFET表面温度
Tj:MOSFET结点温度
Rth(jc):结点至表面的热阻,可从元器件Date sheet中查得。
 
 
理论上MOSFET的结点温度不能超过175℃,所以电机相线短路时MOSFET允许的温升为:Trising = Tjmax - Tj = 175-109 = 66℃。

2.2 根据瞬态温升和单脉冲功率计算允许的单脉冲时的热阻

由图2可知,短路时MOSFET耗散的功率约为:

P = Vds × I = 25 × 400 = 10000W
脉冲的功率也可以通过将图二测得波形存为EXCEL格式的数据,然后通过EXCEL进行积分,从而得到比较精确的脉冲功率数据。

对于MOSFET温升计算有如下公式:

Trising = P × Zθjc × Rθjc
其中:

Rθjc------结点至表面的热阻,可从元器件Date sheet中查得。
Zθjc------热阻系数
Zθjc = Trising ÷( P × Rθjc)
Zθjc = 66 ÷ (10000 × 0.45)= 0.015

2.3 根据单脉冲的热阻系数确定允许的短路时间

由图3最下面一条曲线(单脉冲)可知,对于单脉冲来说,要想获得0.015的热阻系数,其脉冲宽度不能大于20us。

3 设计短路保护应注意的几个问题

由于不同控制器的PCB布线参数不一样,导致相线短路时回路阻抗不等,短路电流也因此不同。所以,不同设计的控制器应根据实际情况设计确当的短路保护时间。

由于应用中使用的电源电压有可能不同,也会导致短路电流的不同,同样也会影响到保护时间。

注意控制器实际工作时的可能最高温度,工作温度越高,短路保护时间就应该越短。

本文讨论的短路保护时间是指MOSFET能承受的最长短路时间。在设计短路保护电路时,应考虑硬件及软件的响应时间,以及电流保护的峰值,这些参数都会影响到最终的保护时间。因此,硬件电路设计和软件的编写致关重要。

本文讨论的短路保护时间是单次短路保护时间,短路后短时间内不能再次短路。如果设计成周期性短路保护,则短路保护时间应更短。

4 结论

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。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

冷裂纹和热裂纹的区别主要体现在产生的原因、温度和时间、产生的部位和方向、外观特征以及金相结构等方面。

关键字: 冷裂纹 热裂纹 温度

电动车控制器是电动车的核心部件之一,它负责控制电机的转速和方向,从而实现电动车的驱动。然而,由于长时间使用或者不当操作,电动车控制器可能会出现故障,影响电动车的性能和安全。因此,了解如何检测电动车控制器的好坏是非常重要的...

关键字: 电动车控制器 电动车

电动机综合保护器是一种用于保护电动机的装置,它能够对电动机进行全面的保护,包括过载、短路、欠压、过压、缺相、漏电、温度等多种保护功能。下面我们将介绍电动机综合保护器的主要特点。

关键字: 电动机综合保护器 短路保护

防爆电机是一种可以在易燃易爆场所使用的电机,它具有特殊的结构和设计,以确保在运行过程中不会产生电火花,从而避免引爆易燃易爆气体。

关键字: 防爆电机 短路保护

深圳2023年8月31日 /美通社/ -- 9月1日,招商信诺人寿保险有限公司(以下简称为“招商信诺人寿”)2023年客户节正式在全国启动。本次客户节活动将持续为期两个月的时间,以“健康生活,诺+掌握”为主题,推出从理赔...

关键字: 医疗服务 APP BSP 温度

北京2023年8月28日 /美通社/ -- 随着近期消费需求的不断释放,今年国内的消费品市场呈现出新趋势,消费者对产品的品质与功能有了新需求。近日,专注行业与市场发展趋势分析的欧睿携手巨量算数共同发布《识变而上:2023...

关键字: 滤芯 温度 金属 BSP

南京2023年8月8日 /美通社/ -- 近年来,大家对于"家庭饮水健康"越来越重视,大多数家庭都安装了净水机,细细的水流儿让"烧水泡茶"更是变成了一种"慢活儿...

关键字: LINK 智慧家居 AI 温度

深圳2023年8月7日 /美通社/ -- 当前,消费电子行业呈现相对稳定的发展态势。随着5G、物联网、卫星通信、人工智能、虚拟现实等前端技术与消费电子行业的不断融合,未来将催生更多新的产品形态,加速产品迭代优化,推动消费...

关键字: 消费电子 CE 温度 闭环系统

日本横滨2023年8月7日 /美通社/ -- Fujitsu Semiconductor Memory Solution Limited宣布推出汽车级I2C接口512Kbit FeRAM——MB85RC512LY。目前可...

关键字: FUJITSU RAM 汽车 温度

上海2023年8月7日 /美通社/ -- 由澎湃新闻联合拜耳中国举办、由青年艺术家李政钟策划的“看见生命力”多元共创艺术作品展8月4日在上海K11购物艺术中心正式开幕,吸引到参观者络绎不绝。当日下午,复旦大学特聘教授高翔...

关键字: 大众 COM 人工智能 温度
关闭
关闭