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電動車控制器短路保護時間的計算方法

作者: 時間:2010-01-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

議題內(nèi)容:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/197759.htm

電動車無刷電機控制器短路的工作模型
控制器在短路時MOSFET的工作狀態(tài)
計算MOSFET瞬態(tài)溫升的計算公式
設(shè)定時間的原則
解決方案:

溫升公式:Tj = Tc + P × Rth(jc)
根據(jù)單脈沖的熱阻系數(shù)確定允許的短路時間
工作溫度越高時間就應(yīng)該越短
1 短路模型及分析

短路模型如圖1所示,其中僅畫出了功率輸出級的A、B兩相(共三相)。Q1和Q3為A相MOSFET,Q2和Q4為B相MOSFET,所有功率MOSFET均為AOT430。L1為電機線圈,Rs為電流檢測電阻。

當控制器工作時,如電機短路,則會形成如圖1中所示的流經(jīng)Q2,Q3的短路電流,其電流值很大,達幾百安培,MOSFET的瞬態(tài)溫升很大,這種情況下應(yīng)及時保護,否則會使MOSFET結(jié)點溫度過高而使MOSFET損壞。短路時Q3電壓和電流波形如圖2所示。圖2a中的MOSFET能承受45us的大電流短路,而圖2b中的MOSFET不能承受45us的大電流短路,當脈沖45us關(guān)斷后,Vds回升,由于溫度過高,僅經(jīng)過10us的時間MOSFET便短路,Vds迅速下降,短路電流迅速上升。由圖2我們可以看出短路時峰值電流達500A,這是由于短路時MOSFET直接將電源正負極短路,回路阻抗是導(dǎo)線,PCB走線及MOSFET的Rds(on)之和,其數(shù)值很小,一般為幾十毫歐至幾百毫歐。

2 計算合理的保護時間

在實際應(yīng)用中,不同設(shè)計的控制器,其回路電感和電阻存在一定的差別以及短路時的電源電壓不同,導(dǎo)致控制器三相輸出線短路時的短路電流各不相同,所以設(shè)計者應(yīng)跟據(jù)自己的實際電路和使用條件設(shè)計合理的保護時間。
時間計算步驟:

2.1 計算MOSFET短路時允許的瞬態(tài)溫升

因為控制器有可能是在正常工作時突然短路,所以我們的設(shè)計應(yīng)是基于正常工作時的溫度來計算允許的瞬態(tài)溫升。MOSFET的結(jié)點溫度可由下式計算:

Tj = Tc + P × Rth(jc)
其中:

Tc:MOSFET表面溫度
Tj:MOSFET結(jié)點溫度
Rth(jc):結(jié)點至表面的熱阻,可從元器件Date sheet中查得。


理論上MOSFET的結(jié)點溫度不能超過175℃,所以電機相線短路時MOSFET允許的溫升為:Trising = Tjmax - Tj = 175-109 = 66℃。


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