无刷直流电动机保护电路的研究 

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引言

    对于三相桥式无刷直流电动机，保证其逆变电路正常工作是至关重要的。然而，在现实
中，人们经常会碰到烧管子、炸模块等令人头疼的事，耗费了大量的时间，甚至功败垂成。
根据我们的实践，在 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的应用中，驱动、保护和吸收这三个
问题是必须全面考虑的。本文所介绍的是作者研究的无刷直流电动机保护电路。该电路设
计简单、价格低廉、性能可靠，能有效的防止电动机起动时的过流损坏和运行期间栅极电

 

路的误触发。

    2 

 

无刷直流电动机的保护电路

    2.1 

 

起动时的过流保护电路

    无刷直流电动机在起动时，由于其转速很低，故转子磁通切割定子绕组所产生的反电
动势很小，因而可能产生过大的电流。这时虽然不是短路电流，但电流上升率也会相当大。
为了限制电流上升率和限制短路电流，必须附加过流检测及保护电路。当发生过流时，及
时检出并立即关断 IGBT，以切断主电路。

    在主回路中我们串入了一个电感 L1 和一个续流二极管 D1，当电机起动时，由于电感
的储能作用，因此限制了起动电流上升率，提高了起动的稳定性，使起动电流在几十微
秒内不会超过 IGBT 的浪涌冲击能力。主回路中通过电动机的电流最终是经过电阻
Rf(0.1Ω，5W)接地。因此，Uf=Rf*IM，其大小正比于电动机的电流 IM，IM 也即是流过
IGBT 的 电 流 。 Uf 通 过 10k 电 阻 与 电 压 比 较 器 LM324 正 相 输 入 端 相 连 ， 由 于
R1=10K>>Rf，可近似认为没有电流流过 R1。因而 LM324 正端输入为 Uf。图中所示 Vref 为
过流保护动作设定电压。在正常导通工作期间，Uf 小于 Vref，LM324 输出低电平。MOS 管
V1、V2、V4 和 V6 均截止，IGBT 的栅极驱动电压不受影响。发生过流事故时，IM 增大，
则 Uf 也随之增大，当 Uf 大于 Vref 时，LM324 输出高电平，启动定时器。同时，V1 导通
使 IGBT 的栅极电压降至稳压管的稳压值 VZ。根据参考文献[2]，在一定温度下，当 IGBT
短路时及时减小栅极驱动电压 VG，可以使短路电流 ISC 减小，从而延长 IGBT 在不损坏
前提下所能承受短路的时间。因此，当电压降至 VZ 后，如果在定时器设定时间到达之前
故障消失，LM324 输出又为低电平，V1 截止，Q2、Q4、Q6 的栅极驱动电压又恢复正常，
电机正常运行。如果在设定时间内故障仍不能排除，则定时器输出高电平，使 V2、V4 和
V6 同时导通，由电路图知，Q2、Q4、Q6 的栅极驱动电压近似为 0V，关断了 Q2、Q4、Q6 三
只 IGBT，即切断了主电路，电动机停车，达到了过流保护的目的。

    2.2 

 

运行时的逻辑保护电路

    电动机在运行期间，由于受到外界环境的干扰，逻辑开关控制信号可能产生误触发，
造成桥臂短路。Q1 和 Q4、Q3 和 Q6、Q5 和 Q2 分别组成三个桥臂。如果同一桥臂上的两个
IGBT 同时导通，即会产生所谓的桥臂短路现象，使 IGBT 过流损坏。比如，当 Q1 和 Q4
同时导通，即会有短路电流流过两个 IGBT，由于 Q1 和 Q4 支路中引线电感很小，短路
电流的上升率和浪涌冲击电流均会很大，因而致使 IGBT 烧毁。为了避免误触发，我们设