使用逐周期电流限制控制保护我们的 BLDC 电机驱动器 – 第 2 部分

如果我们错过 了本系列的第 1 部分 ，我将讨论 BLDC 电机驱动器中逐周期过流保护的必要性以及如何检测电机绕组电流。在第 2 部分中，我将讨论如何通过检测直流总线电流和使用超低功耗微控制器来实现逐周期过流保护。

TI 的超低功耗 MSP430F5132 微控制器有助于逐周期控制电机绕组电流，无需任何软件中断干预。

我们可以将高带宽精密 OPA374 配置为单端差分放大器，以放大连接在直流总线返回路径中的检测电阻 R SENSE上的压降。

MSP430F5132 MCU 具有一个集成的比较器和定时器事件控制 (TEC) 模块，我们可以对其进行配置以实现电流限制。比较器比较同相 (+) 和反相 (–) 输入端的模拟电压。如果同相端比反相端更正，则比较器输出 CBOUT 为高电平。

我们可以使用带或不带内部滤波的比较器的输出。当在 MCU 中设置控制位 CBF 时，输出通过片上电阻电容 (RC) 滤波器进行滤波。我们可以分四个不同的步骤调整滤波器的延迟，从而优化比较器的响应时间。输出滤波器将抑制噪声尖峰，从而避免比较器输出的错误切换。当输入端子上的电压差较小时，输出滤波器还可以减少与比较器输出振荡相关的误差。比较器具有高精度参考电压;要获得不同的参考电压，请配置 CBCTL2 寄存器中的 CBRSEL 位。可用的参考电压为 1.5V、2.0V 和 2.5V。

TEC 模块是定时器模块和外部事件之间的接口。TEC 和 Timer_D 模块通过内部信号连接。TEC 模块包含用于配置 TEC 和定时器模块之间路由的控制寄存器。TEC 模块还具有用于外部事件输入的启用寄存器位、中断启用和中断标志。在接收到外部故障或清除信号时，TEC 模块控制定时器输出，从而控制 PWM 信号。

COMPB 模块和 TEC 模块一起用于逐周期限流保护。我们必须将比较器的输出 CBOUT 从外部路由到 TEC 模块的 TECxFLT1 外部故障事件引脚，如图 2 所示，以实现限流保护。

只要电流检测差分放大器的输出超过比较器的参考电压，输出 CBOUT 和 TECxFLT1 就会变为高电平，从而在 TEC 模块中启动一个事件。TEC 模块被编程为在此类事件期间禁用 Timer_D 输出 PWM。Timer_D 配置为 SET/RESET 模式，因此在外部事件期间，Timer_D 复位并导致 PWM 输出引脚变为低电平。此编程功能意味着当电机遇到过流条件时 CBOUT 变为高电平，并且如果 CBOUT 连接到 TECxFLT 输入引脚，则可以禁用 Timer_D 输出(如图 3 所示)。当比较器输出变高时，PWM 立即关闭。当 CBOUT 变低时，允许 Timer_D 输出恢复正常操作。

当比较器基准电压 V REF设置为 1.5V、60mΩ 检测电阻 (R SENSE ) 和 20 的差分放大器增益时的限流操作。

可以使用公式 1 计算设置的过流限制 (I OC_LIMIT )。

过流限制，I OC_LIMIT = V REF /(R SENSE *放大器增益) (1)

在 V REF = 1.5V 时，I OC_LIMIT = 1.5 / (0.06*20) = 1.25A

比较器和 TEC 模块的响应时间，其中外部跳闸信号连接到比较器输入。测试结果表明，比较器输入超过 1.2V 之间的时间(为确保最坏的情况，我考虑了比 1.5V 参考电压更低的电压来计算响应时间)和 PWM 关闭之间的时间约为 356ns。因此，限流动作的总响应时间小于 1µs。图 6 显示了从比较器输出变为高电平到 PWM 关断事件的响应时间，大约为 100ns。测试结果表明，MCU 中的硬件特性确保了非常快速的逐周期限流动作，从而保护了电机驱动器。

我希望它有助于我们了解 BLDC 电机驱动器中逐周期过流保护的必要性，以及我们如何使用超低功耗微控制器实现这种过流保护方法。