鋰電池供電的無刷直流電機設計考慮
來源：寶鄂實業(yè)
2020-03-07 14:03
點擊量：次
客戶期望從電池供電的產品，如手持電動工具、便攜式醫(yī)療設備或家庭自動化產品中獲得極好的可靠性和延長電池壽命。隨著這些產品的商店迅速增長，制造商開始使用新一代的鋰離子無刷直流電機。
無刷直流電機是高可靠性、高效率和高功率密度應用的理想選擇。由于無刷直流電機無刷磨損和更換，因此其可靠性很高。因此，電刷電機的預期壽命明顯高于電機，從而大大延長了產品的壽命。
另一方面，鋰電池已經廣泛應用于智能手機和平板電腦等消費電子產品中。鋰電池是用途最廣泛的電池之一，因為它具有良好的能量密度和較慢的靜電損耗。鋰電池不僅用于消費電子產品，而且越來越多地用于使用鉛酸電池的產品，如高爾夫球車和電動割草機。
新型鋰電池驅動的無刷電機工作時間長，可靠性高，促進了電池電動產品的發(fā)展。許多產品正在升級，包括電池驅動的工具，如手搖鉆、電鋸和鼓風機，以及小型電動汽車(電動自行車和輪椅)和不間斷電源。
這些新產品還需要更新驅動MOSFET的橋式驅動器，以利用其各種功能，以及其集成的無刷直流電機和鋰電池的問題。特別是新型橋式驅動器所提供的創(chuàng)新安全特性，防止了鋰離子電池在電機負載再生減速過程中因電池充電損耗而造成的損壞和損壞，進一步延長了電池和多個鋰電池動力產品的壽命。
有資格使用鋰離子電池和無刷直流電動機
鋰離子電池的高能量密度是其他電池技術的主要優(yōu)勢，如鎘鎳鎳氫化物電池或鉛酸電池。一般來說，鋰電池的能量密度是其他電池的兩到三倍。高能量密度可減小電池組尺寸，減輕手持電動工具的重量，進一步小型化。此外，它可以延長電動自行車或輪椅的運行時間，而不增加原電池組的大小或重量。
但是高能量密度的鋰離子電池也不是沒有問題。鋰電池并不是我們通常認為的電池的電壓源。鋰電池內部電感較大(100-500nh)，使用PWM技術驅動電機時，產生明顯的紋波電壓。簡單的解決方案是在MOSFET橋之間增加足夠的電容，但是空間和成本限制阻止了這種選擇。
除了有限的空間，PCB結構的限制是許多電池供電的手持電動工具的主要關注點。在某些應用中，臂間的小電容會引起嚴重的電壓波動。以18-20v鋰電池為例，在大負載條件下，最小容量橋接電容的鋰電池谷值電壓可低至5V，峰值電壓可高至36V。另一個需要考慮的是過載時的操作條件，如轉子失速，此時電池電壓下降到一個非常低的值。在這些情況下，需要控制器(而不是驅動程序)來決定如何響應這些極端的操作條件。
選擇無刷直流電機有幾個原因。無刷直流電機的最大轉速(RPM)主要受轉子結構的約束，而電刷直流電機的速度主要受電刷本身的約束。多數采用減小傳動比的方法，將電機轉速降低到所需轉速。由于無刷直流電動機的速度比無刷直流電動機快很多倍，因此通過對傳動比進行相應的調整，使得物理尺度相對較小的無刷直流電動機可以產生相同的速度和作用力矩。直流無刷電機的另一個明顯的優(yōu)點是消除了刷磨損和嚴重的電磁干擾(EMI)。在延長運行時間方面，無刷直流電動機的明顯優(yōu)勢是效率高，一般比同類無刷直流電動機好150%以上。
