PMDC 电机负载的 ACDC 电源启动注意事项第一部分

永磁直流(PMDC)电机在要求高效率、高起动转矩和线性转速/转矩的应用中提供了一种相对简单可靠的直流驱动解决方案。随着铁氧体和稀土磁体材料以及电子控制技术的发展，PMDC电机是一种具有成本竞争力的解决方案，尤其在高启动电流和转矩要求的应用。永磁直流电机区别于其他直流电机的一个设计特点是用永磁体代替绕组磁场，它消除了在磁场绕组中单独励磁以及伴随的电气损耗。

永磁直流 (PMDC) 电机在便携式真空吸尘器和无绳电动工具等应用中提供更小的解决方案尺寸和更高的效率。在为 PMDC 电机设计隔离式电源时，需要牢记几个考虑因素——瞬态响应、所需的峰值负载、解决方案尺寸和成本——这些因素直接影响电源架构的设计和所选的电源转换器拓扑。

与 PMDC 电机相关的一个特殊挑战是电机的峰值电流可能比其稳态电流大几倍。这种峰值负载直接影响隔离电源的电源拓扑选择和成本。为了说明 PMDC 的这一特性，请考虑直流电机的基本工作电压方程(方程 1)：

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

这里，V s是施加的电机电源电压，V b 是电机的反电动势 (EMF)，V L 是转子电感上的电压，I a和R a分别是电枢电流和电阻. 这种工作电压关系如图 1 所示。

图 1直流电机的简化模型说明了 PMDC 特性。

当电机完全静止时，反电动势等于 0 V——假设没有任何旋转运动——电机所需的电流仅受电枢电阻的限制。由于电枢电阻通常小于 1 Ω，因此在产生反电动势之前施加完整的标称电源电压时，电机的初始电流需求可能比稳态电流高几倍。

解决峰值电流应力的方法

大的初始电流需求对隔离式电源提出了特殊的挑战，需要仔细考虑以确定最终产品可以接受的折衷方案。我们的选择包括：

· 设计隔离式转换器以处理启动期间的峰值功率

如果峰值电机电流值与最大稳态电机电流值相似，则此方法可能是可接受的。但是，如果峰值负载大几倍，它可能会变得昂贵，因为我们必须为更高的峰值负载设计功率因数校正 (PFC) 和隔离式 DC/DC 功率级。这种方法在功率级中需要更昂贵的元件——甚至需要改变所需的功率转换器拓扑结构——如果我们需要更大的磁性元件来避免饱和，还可能会增加电源的整体尺寸和重量。

· 使用大型电容器组

在这种方法中，隔离电源在连接到电源输出的电容器组中积累了大量电荷，而电机未启用。一旦启用电机，存储的电荷将提供电机指令的峰值负载，同时允许输出电压出现一些可接受的下降。这种方法很简单，但需要能够断开电机与电源的连接，以便隔离电源可以在没有连接电机负载的情况下启动。对于更高功率的 PMDC，使用大型电容器组也不是一个好主意，因为所需的电容器组尺寸变得不合理地大。

· 输出恒流限制

如果在隔离式电源反馈回路中构建输出电流限制，则电源能够调节最大输出电流。这种方法可以降低电源的峰值功率设计要求，并避免需要大型电容器组。但输出电流调节电路确实需要一个单独的偏置电源，以便在启动期间正确调节输出电流，除了电流检测电路外，这还转化为一个单独的隔离辅助电源，如图 2所示。

图 2 AC/DC 电源框图突出显示了恒流和恒压调节环路。