mos控制交流_电机控制器母线电容的设计选型

母线电容的定义

在电机控制器中&＃xff0c;电池包的直流电作为输入电源&＃xff0c;需要通过直流母线与电机控制器连接&＃xff0c;该方式叫DC-LINK或者直流支撑&＃xff0c;其中的电容我们称之为母线电容或者支撑电容或者DC-Link电容。由于电机控制器从电池包得到有效值或者峰值很高的脉冲电流的同时&＃xff0c;会在直流支撑上产生很高的脉冲电压使得电机控制器难以承受&＃xff0c;所以需要选择母线电容来连接。

母线电容的作用

• 平滑母线电压&＃xff0c;使电机控制器的母线电压在MOS或者IGBT开关的时仍比较平滑&＃xff1b;
• 降低电机控制器MOS或者IGBT端到动力电池端线路的电感参数&＃xff0c;削弱母线的尖峰电压&＃xff1b;
• 吸收电机控制器母线端的高脉冲电流&＃xff1b;
• 防止母线端电压的过充和瞬时电压对电机控制器的影响。

母线电容的变迁

母线电容由最开始的电解电容变迁到现在普遍使用的薄膜电容&＃xff0c;但电解电容并没有完全消失不用&＃xff0c;在MOS管作为功率器件的低速车或者物流车的控制器上仍然采用多个电解电容并联使用。

电解电容与薄膜电容比较

补充&＃xff1a;

• 薄膜电容采用干式设计&＃xff0c;没有电解液泄露的危险&＃xff0c;没有酸污染&＃xff1b;
• 薄膜电容更低的ESR&＃xff0c;更强的耐纹波电流的能力&＃xff1b;
• 薄膜电容更强的抗脉冲电压能力&＃xff1b;
• 薄膜电容更加灵活的外形设计&＃xff0c;可根据不同的需求进行定制。

母线电容电压的选择

电机控制母线电压除了正常的纹波电压的波动&＃xff0c;还包括MOS管或者IGBT动作时电流激烈的变化产生尖峰电压和电机反转时的反电动势&＃xff0c;薄膜电容在使用中允许有1.2倍额定电压值的脉冲&＃xff0c;理论上可以选择额定电压较低的薄膜电容。

如现在的320V的电机控制器系统一般选用500VDC的薄膜电容&＃xff0c;540V的电机控制器系统选用900V或者1000V的薄膜电容。

母线电容容量的计算

在电机控制器的应用中&＃xff0c;母线电容是以MOS管或者IGBT的载波频率来完成充放电&＃xff0c;在一个PWM周期内&＃xff0c;MOS管或者IGBT导通时由电池组和电容器同时为电机提供能量&＃xff0c;MOS管或者IGBT关断时&＃xff0c;电池组向母线电容充电。

我们假设电机控制器的最大输出功率为P&＃xff0c;电机控制器的的电路为典型的三相全桥拓扑结构。

在一个开关周期内&＃xff0c;母线所提供的能量约为&＃xff1a;

其中&＃xff1a;

f&＃xff1a;MOS管或者IGBT的开关频率。

母线电容一个开关周期内释放的能量为&＃xff1a;

其中&＃xff1a;

U&＃xff1a;直流母线电压&＃xff1b;ΔU&＃xff1a;母线纹波电压&＃xff1b;

在极端情况下&＃xff1a;Q&＃61;W&＃xff0c;进一步计算可得&＃xff1a;

一般的&＃xff0c;直流母线电压的脉动率为5%&＃xff0c;

即纹波电压值&＃xff1a;ΔU&＃61;U·2.5%

综上可得&＃xff1a;

Cmax值是建立在最极端的情况下&＃xff0c;实际应用中&＃xff0c;一般认为MOS管或者IGBT开关导通的时候&＃xff0c;母线电容提供W/2的能量&＃xff0c;即Q&＃61;W/2

结合前面的计算公式可得&＃xff1a;

以上计算我们仅供设计参考&＃xff0c;在实际应用中更多的电机控制器的母线电容容量的选取接近

Cmin的值或者小于Cmin&＃xff0c;我们在实际应用中可以根据自己不同的成本和体积综合考虑。

母线电容纹波电流的计算

纹波电流是指流经母线电容的交流分量&＃xff0c;电机控制器的输出电流为三相正弦基波电流与高频谐波电流的叠加&＃xff0c;两者均会在直流母线侧产生相应的纹波电流。

纹波电流计算公式为&＃xff1a;

其中&＃xff1a;

M为调制比

I0为相电流峰值

COSψ为功率因数