PMDC 电机负载的 ACDC 电源启动注意事项第二部分

如果电机的初始速度和启动时间不是时间关键的，并且在应用中可以接受更长的启动时间，另一种方法是在启动期间将隔离式 DC/DC 转换器的输出电压钳位一段比电机的电气时间常数。使用固定频率控制器，您可以钳制最大占空比。在电感-电感-电容 (LLC) 谐振转换器等变频转换器中，您可以钳位最小开关频率。

使用钳位可以使隔离式 DC/DC 转换器的输出上产生一个很小的初始电压并持续足够长的时间，以使电机缓慢转动并开始产生反电动势，如图 3所示。因为初始电源电压很小，电机的电流需求被限制在一个更接近其稳态值的值。在产生反电动势并且电机电流达到稳定状态后，隔离式 DC/DC 的输出电压可以安全地上升到标称输出电压，同时避免转换器内出现过电流应力。

图 3使用占空比钳位启动可实现较小的初始电压。

将钳位电路置于隔离式 DC/DC 转换器的初级侧，无需单独的辅助电源。图 4显示了使用通用比较器和几个小信号晶体管的示例实现。此特定示例将钳位电路与UCC256402控制器配对，该控制器具有 5.6 V 的固定 FB 引脚电压，用作半桥 LLC 谐振转换器的最小频率钳位。

图 4初级端钳位电路使用一个通用比较器和一对小信号晶体管。

在钳位的初始状态下，Q1 和 Q2 都导通，C1 和 C2 上的初始电压均为 0 V。由于 Q1 将 Q2 的基极拉至地，与 V FB – 0.7V/R 6成比例的电流 从隔离式 DC/DC 控制器的 FB 引脚流出。对于 UCC256402 控制器，该电流吸收器将 VCR 栅极关断阈值限制为 3 V ± ((82 µA – I sink ) × 100 kΩ)，从而提供频率钳位功能。钳位有效的时间量由 C1、R1 和 R2 形成的 RC 时间常数以及当 C1 上的电压大于TL331比较器的参考电压时设置，如图 5所示。

图 5显示了钳位电路状态与输出电压上升的关系。

由于 TL331 是一个集电极开路比较器，它会将 Q1 的栅极下拉至地，从而关闭 Q1。当 C2 上的电压开始通过 R5 充电时，从 FB 引脚拉出的电流量会缓慢减少，从而使频率钳位电路逐渐释放。D1 和 D2 用作钳位电路的快速复位，以便在从初级侧电路移除偏置时快速对 C1 和 C2 放电，例如在故障保护的情况下。

峰值电流比较

上述电路使 500W 连续导通模式 (CCM) PFC 升压转换器和隔离式半桥 LLC 转换器参考设计能够成功启动并为车间真空吸尘器供电。图 6所示的波形说明了电源的输出电压 (10 V/div) 和没有频率钳位的电机的电流需求 (50 A/div)。电机的峰值电枢电流为 186 A。在电机开始转动后的 300 ms 内稳定到 25 A 的稳态电流之前，会出现 200 ms 的显着电流应力。

图 6波形显示了没有频率钳位的电机电源电压和电流。

图 7中的波形说明了电源的输出电压 (10V/div) 和启动期间启用频率钳位的电机的电流需求 (10A/div)。峰值电流略高于 35 A，更接近电机的 25 A 标称额定值。电机开始转动后，电机电流在 3 秒内达到稳定状态。

图 7波形显示了带频率钳位的电机电源电压和电流。

包含一个简单的钳位电路可满足启动 DC 电机的目标，同时避免 AC/DC 电源中的高电流应力，并且与其他方法相比可节省大量材料清单 (BOM)。这种方法也可以与非 LLC 拓扑结合使用，通过连接到 PWM 控制器的 COMP 引脚来充当占空比钳位。设计一个 AC/DC 电源来支持电机控制的全峰值负载需要能够提供超过五倍于稳态电机电流的能力。

对于 PFC 和隔离式 DC/DC(例如交错式 CCM PFC 和相移全桥)来说，这种显着的功率水平和电流压力需要更昂贵的拓扑结构，这会显着增加 BOM 成本。与输出恒流限制相比，钳位电路还可以节省 BOM 成本，因为它不需要单独的隔离辅助电源，并且比包含大型电容器组要小。使用占空比或频率限制可以实现更便宜、更小的隔离电源，同时仍能满足 PMDC 的电源需求。