使用逐周期電流限制控制保護我們的 BLDC 電機驅動器 – 第 2 部分

如果我們錯過 了本系列的第 1 部分 ，我將討論 BLDC 電機驅動器中逐周期過流保護的必要性以及如何檢測電機繞組電流。在第 2 部分中，我將討論如何通過檢測直流總線電流和使用超低功耗微控制器來實現(xiàn)逐周期過流保護。

TI 的超低功耗 MSP430F5132 微控制器有助于逐周期控制電機繞組電流，無需任何軟件中斷干預。

我們可以將高帶寬精密 OPA374 配置為單端差分放大器，以放大連接在直流總線返回路徑中的檢測電阻 R SENSE上的壓降。

MSP430F5132 MCU 具有一個集成的比較器和定時器事件控制 (TEC) 模塊，我們可以對其進行配置以實現(xiàn)電流限制。比較器比較同相 (+) 和反相 (–) 輸入端的模擬電壓。如果同相端比反相端更正，則比較器輸出 CBOUT 為高電平。

我們可以使用帶或不帶內部濾波的比較器的輸出。當在 MCU 中設置控制位 CBF 時，輸出通過片上電阻電容 (RC) 濾波器進行濾波。我們可以分四個不同的步驟調整濾波器的延遲，從而優(yōu)化比較器的響應時間。輸出濾波器將抑制噪聲尖峰，從而避免比較器輸出的錯誤切換。當輸入端子上的電壓差較小時，輸出濾波器還可以減少與比較器輸出振蕩相關的誤差。比較器具有高精度參考電壓;要獲得不同的參考電壓，請配置 CBCTL2 寄存器中的 CBRSEL 位?？捎玫膮⒖茧妷簽?1.5V、2.0V 和 2.5V。

TEC 模塊是定時器模塊和外部事件之間的接口。TEC 和 Timer_D 模塊通過內部信號連接。TEC 模塊包含用于配置 TEC 和定時器模塊之間路由的控制寄存器。TEC 模塊還具有用于外部事件輸入的啟用寄存器位、中斷啟用和中斷標志。在接收到外部故障或清除信號時，TEC 模塊控制定時器輸出，從而控制 PWM 信號。

COMPB 模塊和 TEC 模塊一起用于逐周期限流保護。我們必須將比較器的輸出 CBOUT 從外部路由到 TEC 模塊的 TECxFLT1 外部故障事件引腳，如圖 2 所示，以實現(xiàn)限流保護。

只要電流檢測差分放大器的輸出超過比較器的參考電壓，輸出 CBOUT 和 TECxFLT1 就會變?yōu)楦唠娖剑瑥亩?TEC 模塊中啟動一個事件。TEC 模塊被編程為在此類事件期間禁用 Timer_D 輸出 PWM。Timer_D 配置為 SET/RESET 模式，因此在外部事件期間，Timer_D 復位并導致 PWM 輸出引腳變?yōu)榈碗娖?。此編程功能意味著當電機遇到過流條件時 CBOUT 變?yōu)楦唠娖?，并且如?CBOUT 連接到 TECxFLT 輸入引腳，則可以禁用 Timer_D 輸出(如圖 3 所示)。當比較器輸出變高時，PWM 立即關閉。當 CBOUT 變低時，允許 Timer_D 輸出恢復正常操作。

當比較器基準電壓 V REF設置為 1.5V、60mΩ 檢測電阻 (R SENSE ) 和 20 的差分放大器增益時的限流操作。

可以使用公式 1 計算設置的過流限制 (I OC_LIMIT )。

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

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

比較器和 TEC 模塊的響應時間，其中外部跳閘信號連接到比較器輸入。測試結果表明，比較器輸入超過 1.2V 之間的時間(為確保最壞的情況，我考慮了比 1.5V 參考電壓更低的電壓來計算響應時間)和 PWM 關閉之間的時間約為 356ns。因此，限流動作的總響應時間小于 1μs。圖 6 顯示了從比較器輸出變?yōu)楦唠娖降?PWM 關斷事件的響應時間，大約為 100ns。測試結果表明，MCU 中的硬件特性確保了非?？焖俚闹鹬芷谙蘖鲃幼鳎瑥亩Ｗo了電機驅動器。

我希望它有助于我們了解 BLDC 電機驅動器中逐周期過流保護的必要性，以及我們如何使用超低功耗微控制器實現(xiàn)這種過流保護方法。