无刷直流电机的保护电路方案

　　本文给出几种电机的保护方案，它不仅响应速度快，控制可靠，而且大大地降低了保护装置的生产成本。该保护电路与传统的保护电路相比，省去了热继电器、交流接触器等保护装置的能耗，与电机为一体。经测试验证，效果良好。

　　1 电流检测原理

　　要实现过流保护，首要的任务是检测电机的电流。通常有2种检测电流的方法：

　　(1)小阻值无感采样电阻。通常采用康铜丝或者贴片件，这是一种廉价的方案，但是要注意采样电阻阻值的选取，功率要足够大，同时电阻的电感要小，以排除感抗在电阻两端引起的电压降。

　　(2)霍尔电流传感器。适合驱动开发，采用LEM公司的LA28-NP霍尔电流传感器的电流测量，它的优点是精度高，可靠性高。

　　在电流采样的位置上也有2种方法可以选择：

　　(1)相电流采样。将采样电阻或者霍尔电流传感器置于每一相，假设三相电流分别为ia，ib和ic，又因为无刷电机的三相电流有如下关系：ia+ib+ic=0，所以只要检测出无刷电机中两相电流就可以得到另一相的电流信息。

　　(2)母线电流采样。一般是将采样电阻或者电力传感器置于母线负侧进行电流采样。

　　下面介绍一种基于LEM霍尔电流传感器采样母线电流的方法，该方法精度高，可靠性高。

　　将霍尔传感器LA28置于母线负侧到地之间进行电流检测，LA28将检测到的初级电流按1 000：1的比例进行缩小，得到次级电流，次级电流经过I/V电路之后转化为方便A/D(模/数转换模块)采集的电压量，但是I/V输出的电压信号含有丰富的PWM斩波的高次谐波分量，所以如果直接送单片机的A/D口，会检测不到电压信息，因此需要加信号调理电路，即将I/V电路得到的电压送入巴特沃思(Butterworth)二阶低通滤波器进行低通滤波。经过低通滤波之后可以将高次谐波分量滤除，进而得到直流分量，同时为了便于A/D口采集，将滤波后的小电压信号进行比例放大，之后送入A/D口进行检测。这个硬件电路示意图如图1所示。

　　

　　I/V电路如图2所示。

　　

　　图3给出了二阶低通滤波器的设计方法。实际设计时，使R1=R2，C1=2C2，可以实现-40 dB/10倍频的频率响应。其截至频率的计算公式为：

　　

　　在实际电路中电阻电容取值为R=100 kΩ，C=1μF，截至频率f=1.126 Hz，从而将方波电压信号的中高次谐波分量滤除，进而得到平稳的直流分量。