永磁直流(PMDC)電機在要求高效率、高起動轉(zhuǎn)矩和線性轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩的應用中提供了一種相對簡單可靠的直流驅(qū)動解決方案。隨著鐵氧體和稀土磁體材料以及電子控制技術(shù)的發(fā)展，PMDC電機是一種具有成本競爭力的解決方案，尤其在高啟動電流和轉(zhuǎn)矩要求的應用。永磁直流電機區(qū)別于其他直流電機的一個設計特點是用永磁體代替繞組磁場，它消除了在磁場繞組中單獨勵磁以及伴隨的電氣損耗。

永磁直流 (PMDC) 電機在便攜式真空吸塵器和無繩電動工具等應用中提供更小的解決方案尺寸和更高的效率。在為 PMDC 電機設計隔離式電源時，需要牢記幾個考慮因素——瞬態(tài)響應、所需的峰值負載、解決方案尺寸和成本——這些因素直接影響電源架構(gòu)的設計和所選的電源轉(zhuǎn)換器拓撲。

與 PMDC 電機相關(guān)的一個特殊挑戰(zhàn)是電機的峰值電流可能比其穩(wěn)態(tài)電流大幾倍。這種峰值負載直接影響隔離電源的電源拓撲選擇和成本。為了說明 PMDC 的這一特性，請考慮直流電機的基本工作電壓方程(方程 1)：

V s = V b + V L + I a R a (1)

這里，V s是施加的電機電源電壓，V b 是電機的反電動勢 (EMF)，V L 是轉(zhuǎn)子電感上的電壓，I a和R a分別是電樞電流和電阻. 這種工作電壓關(guān)系如圖 1 所示。

圖 1直流電機的簡化模型說明了 PMDC 特性。

當電機完全靜止時，反電動勢等于 0 V——假設沒有任何旋轉(zhuǎn)運動——電機所需的電流僅受電樞電阻的限制。由于電樞電阻通常小于 1 Ω，因此在產(chǎn)生反電動勢之前施加完整的標稱電源電壓時，電機的初始電流需求可能比穩(wěn)態(tài)電流高幾倍。

解決峰值電流應力的方法

大的初始電流需求對隔離式電源提出了特殊的挑戰(zhàn)，需要仔細考慮以確定最終產(chǎn)品可以接受的折衷方案。我們的選擇包括：

· 設計隔離式轉(zhuǎn)換器以處理啟動期間的峰值功率

如果峰值電機電流值與最大穩(wěn)態(tài)電機電流值相似，則此方法可能是可接受的。但是，如果峰值負載大幾倍，它可能會變得昂貴，因為我們必須為更高的峰值負載設計功率因數(shù)校正 (PFC) 和隔離式 DC/DC 功率級。這種方法在功率級中需要更昂貴的元件——甚至需要改變所需的功率轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)——如果我們需要更大的磁性元件來避免飽和，還可能會增加電源的整體尺寸和重量。

· 使用大型電容器組

在這種方法中，隔離電源在連接到電源輸出的電容器組中積累了大量電荷，而電機未啟用。一旦啟用電機，存儲的電荷將提供電機指令的峰值負載，同時允許輸出電壓出現(xiàn)一些可接受的下降。這種方法很簡單，但需要能夠斷開電機與電源的連接，以便隔離電源可以在沒有連接電機負載的情況下啟動。對于更高功率的 PMDC，使用大型電容器組也不是一個好主意，因為所需的電容器組尺寸變得不合理地大。

· 輸出恒流限制

如果在隔離式電源反饋回路中構(gòu)建輸出電流限制，則電源能夠調(diào)節(jié)最大輸出電流。這種方法可以降低電源的峰值功率設計要求，并避免需要大型電容器組。但輸出電流調(diào)節(jié)電路確實需要一個單獨的偏置電源，以便在啟動期間正確調(diào)節(jié)輸出電流，除了電流檢測電路外，這還轉(zhuǎn)化為一個單獨的隔離輔助電源，如圖 2所示。

圖 2 AC/DC 電源框圖突出顯示了恒流和恒壓調(diào)節(jié)環(huán)路。