電機驅(qū)動系統(tǒng)防止電氣過應(yīng)力（EOS）的 3 種方法

有句話說得好，偉大的工程師不僅僅發(fā)現(xiàn)問題，他們更能夠解決問題。

在我為這個系列所撰寫與熱點問答有關(guān)的上一篇博文中，我曾經(jīng)解釋了什么是電氣過應(yīng)力 (EOS)，它是如何影響集成電路 (IC) 組件的，以及電機驅(qū)動系統(tǒng)（根據(jù)上面提到的內(nèi)容，這就是“問題”所在）中幾個常見的EOS源。我的一個同事已經(jīng)介紹了電源泵送，一個常見的EOS源。不過，你可以采取哪些步驟來防止EOS呢（有什么“解決方案”）？在這篇博文中，我將介紹幾種系統(tǒng)設(shè)計人員能夠用來防止EOS或保護電機驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)的器件不受EOS影響的更加常見的方法。

設(shè)計時打出裕量

在不對保護機制和器件進行深入、詳盡研究的情況下，其中一個最常見的方法就是設(shè)計一個具有足夠運行裕量的系統(tǒng)。

我將在這里給出一個示例。一個AC/DC轉(zhuǎn)換器為一個簡單的有刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)生成24V電源。DRV8701 H橋柵極驅(qū)動器和CSD18509Q5B功率MOSFET驅(qū)動一個有刷直流電機，并且由24V直接供電。

在理想情況下，24V電源的供電電壓就是24V。在真實使用環(huán)境中，由于不同負(fù)載條件、電機的寄生效應(yīng)和再生電流，這個24V電壓將會發(fā)生變化。對于電源電壓變化的理解能夠使你選擇具有合適電壓額定值的組件。在電機驅(qū)動系統(tǒng)中，為組件額定值留出2倍的裕量是很常見的。在圖1中，DRV8701支持高達45V電壓，而CSD18509Q5B支持的電壓高達40V，以耐受電源電壓的變化和瞬態(tài)。

圖1：有刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)

使用大容量電容器

另外還有一個常見的方法，我稱之為“萬能的”大容量電容器。這個方法可以像它聽起來這么簡單，或者很復(fù)雜，需要用不同的大電容器尺寸定制來生成一個細節(jié)仿真，以解決寄生效應(yīng)和電機響應(yīng)。大容量陶瓷或電解（大型）電容器提供一個本地電荷庫。大容量電容器使得系統(tǒng)能夠提供負(fù)載階躍中所需的電荷，或者在電機再生期間對外提供所產(chǎn)生的電荷，而又不會產(chǎn)生過多的電壓瞬變。圖2是一個本地大容量電容器。

圖2：具有大電容值的系統(tǒng)

在幾乎所有的電機驅(qū)動系統(tǒng)中，都會用到一定數(shù)量的大電容值，當(dāng)然，電容器的尺寸取決于特定的系統(tǒng)。其中的某些決定因素有：

電機系統(tǒng)所需的最高電流。

電源的電容值和供電能力。

電源與電機系統(tǒng)之間的寄生電感數(shù)量。

可以接受的電壓紋波。

所使用的電機類型（有刷直流、無刷直流和步進電機）。

電機制動方式。

添加瞬態(tài)電壓抑制器

如果之前的兩個方法仍然不能提供對于EOS的足夠保護，那么瞬變電壓抑制器 (TVS) 就是下一個經(jīng)常用到的保護機制。TVS二極管的工作方式為，在電感電壓超過TVS的擊穿電壓時分流過多的電流。當(dāng)過壓情況消失時，TVS將自動復(fù)位。有必要了解TVS的幾個重要參數(shù)，其中包括：

泄露電流：器件關(guān)閉時傳導(dǎo)的電流。

擊穿電壓：當(dāng)傳導(dǎo)的電量很大時發(fā)生。

鉗位電壓：當(dāng)器件將傳導(dǎo)滿額定值電流時。

功率額定值：器件能夠安全傳導(dǎo)的電能數(shù)量。

你還應(yīng)該知道器件的寄生電容和電感，這兩個值有可能會限制其有效性。

圖3：TVS保護機制

TVS保護機制的某些常見缺點與其尺寸和成本有關(guān)。TVS的尺寸與電壓瞬態(tài)期間必須從系統(tǒng)中消除的電量直接相關(guān)。

這些只是某些比較常見的防止EOS的方法；還有很多其它的方法。如果你也有EOS解決方案，或是想要分享這方面的經(jīng)驗，或者你想在未來的博客中看到哪些話題，請在下方留言。如果你有問題，你可以在E2E™ 社區(qū)電機驅(qū)動論壇內(nèi)搜索答案，或者詢問我們的電機應(yīng)用團隊。