文章目錄

• • 0. 內(nèi)容簡介
  • 1. 交流輸出端線電流 $I_L$：
  • 2. 交流輸出端線電壓 $U_L$：
  • 3. 電機(jī)端的相電流 $I_p$：
  • 4. 電機(jī)端的相電壓 $U_p$：
  • 5. 有功功率 $P$：
  • 6. 漏極電流 $I_D$：
  • 7. 漏極電流峰值 $I_{Dm}$：

0. 內(nèi)容簡介

在電機(jī)控制器的設(shè)計過程中，對功率器件MOSFET的漏極電流 $I_D$ 進(jìn)行校核計算是一項(xiàng)重要工作。這里把我自己的一些推導(dǎo)過程做簡單敘述，主要針對某型車用電機(jī)所匹配的電機(jī)控制器，功率器件為N-MOS，交流端輸出波形為正弦波，并且假設(shè)調(diào)制比 $m=1$ 。下文里面出現(xiàn)的變量均如題圖所示。

本文如有錯誤和敘述不清之處，懇請讀者批評指正。

1. 交流輸出端線電流 $I_L$：

對于特定的某相而言，例如U相，其交流輸出的電流的有效值 $I_L$ 實(shí)際上由與之串聯(lián)的MOS提供，所以數(shù)值上等于從對應(yīng)的MOS的漏極D輸入、源極S輸出的漏極電流 $I_D$，有：

$$I_L=I_D$$

$I_D$，漏極電流(有效值)；

由于三相是對稱的，所以V、W相的表達(dá)式也是如此。這里為了行文簡潔，不標(biāo)注表示U相的角標(biāo)。下文如果沒有專門說明，也是針對U相做分析。

2. 交流輸出端線電壓 $U_L$：

交流端由于是三相，所以應(yīng)考慮區(qū)分相電壓和線電壓。其中，U點(diǎn)相對V點(diǎn)的交流線電壓 $U_L$ 的峰值等于直流母線電壓 $U_{DC}$，對于SVPWM方式，線電壓 $U_L$ 的有效值為直流母線電壓 $U_{DC}$ 的 $1/\sqrt{2}$，即：

$$U_L=\frac{1}{\sqrt{2}}?U_{DC}$$

$U_{DC}$，直流母線電壓；

3. 電機(jī)端的相電流 $I_p$：

電機(jī)采用星形接法，電機(jī)的A相繞組和電機(jī)控制器的U相串聯(lián)，所以電機(jī)A相的相電流 $I_p$ 與電機(jī)控制器U相的線電流 $I_L$ 相等：

$$I_p=I_L$$

$I_L$，輸出端線電流；

4. 電機(jī)端的相電壓 $U_p$：

電機(jī)采用星形接法，電機(jī)A相的相電壓等于電機(jī)控制器線電壓的 $1/\sqrt{3}$，即：

$$U_p=\frac{1}{\sqrt{3}}?U_L$$

$U_L$，輸出端線電壓；

5. 有功功率 $P$：

考慮電機(jī)A相繞組，其有功功率等于加在它身上的相電壓 $U_p$、通過它的相電流 $I_p$、當(dāng)前功率因數(shù) $cos\phi$ 三者的乘積，再考慮共有三個一樣的繞組，所以整個電機(jī)的有功功率 $P$ 為：

$$P=3?cos\phi ?U_p?I_p$$

代入上文得到的相電壓 $U_p$ 和相電流 $I_p$ 的表達(dá)式，得到有功功率 $P$ 關(guān)于電機(jī)控制器線電壓 $U_L$ 和線電流 $I_L$ 的表達(dá)式：

$$P=\sqrt{3}?cos\phi ?U_L?I_L$$

再代入線電壓 $U_L$ 和線電流 $I_L$ 的表達(dá)式，得到有功功率 $P$ 關(guān)于直流母線電壓 $U_{DC}$ 和漏極電流 $I_D$ 的表達(dá)式：

$$P=\frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}}?cos\phi ?U_{DC}?I_D$$

以上各式中，
$cos\phi$，功率因數(shù)；
$U_p$，電機(jī)端相電壓；
$I_p$，電機(jī)端相電流；
$U_L$，交流輸出端線電壓；
$I_L$，交流輸出端線電流；
$U_{DC}$，直流母線電壓；
$I_D$，漏極電流；

6. 漏極電流 $I_D$：

由有功功率 $P$ 的表達(dá)式可以反求漏極電流 $I_D$：

$$I_D=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}?cos\phi }?\frac{P}{U_{DC}}$$

$P$，有功功率；
$cos\phi$，功率因數(shù)；
$U_{DC}$，直流母線電壓；
$I_{DC}$，直流母線電流；

需要注意的是，這里漏極電流 $I_D$ 是單個半橋臂，本例中也就是題圖中所示的單個MOS提供的漏極電流。但如果半橋臂是由N個MOS并聯(lián)的，則 $I_D$ 應(yīng)為N個MOS的漏極電流之和。

7. 漏極電流峰值 $I_{Dm}$：

$I_D$ 為漏極電流的有效值，由于輸出波形是正弦波，所以漏極電流的峰值為漏極電流有效值的 $\sqrt{2}$ 倍，即：

$$I_{Dm}=\sqrt{2}?I_D$$

假設(shè)橋臂使用N個MOS并聯(lián)。那么可以使用規(guī)格書中提供的連續(xù)漏極電流的許用值校核 $I_D/N$ 和$I_{Dm}/N$，并使用脈沖漏極電流許用值校核$I_{Dm}$。

注意這里是用N個MOS的總漏極電流峰值 $I_{Dm}$ 和單個MOS的脈沖漏極電流許用值做比較。這是考慮到各MOS存在差異，導(dǎo)通時間并不相同，所必然會存在只有一個MOS導(dǎo)通的時刻。此時，這個提前導(dǎo)通的MOS承擔(dān)了本應(yīng)由N個MOS共同承擔(dān)的所有電流，也就是 $I_{Dm}$。

當(dāng)然了，校核并不是簡單的小于許用值就算合格，還需要考慮足夠的安全系數(shù)。這個安全系數(shù)受到不同的原料、工藝、場景和客戶(大霧)等因素的影響會有不同的取值，這里就不展開說了。

（全文完）

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（好吧，其實(shí)是說不明白……）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电机控制器(MCU)功率器件选型参数计算的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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