如果電機(jī)的初始速度和啟動(dòng)時(shí)間不是時(shí)間關(guān)鍵的，并且在應(yīng)用中可以接受更長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間，另一種方法是在啟動(dòng)期間將隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓鉗位一段比電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)。使用固定頻率控制器，您可以鉗制最大占空比。在電感-電感-電容 (LLC) 諧振轉(zhuǎn)換器等變頻轉(zhuǎn)換器中，您可以鉗位最小開(kāi)關(guān)頻率。

使用鉗位可以使隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出上產(chǎn)生一個(gè)很小的初始電壓并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以使電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)并開(kāi)始產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，如圖 3所示。因?yàn)槌跏茧娫措妷汉苄?，電機(jī)的電流需求被限制在一個(gè)更接近其穩(wěn)態(tài)值的值。在產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)并且電機(jī)電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，隔離式 DC/DC 的輸出電壓可以安全地上升到標(biāo)稱輸出電壓，同時(shí)避免轉(zhuǎn)換器內(nèi)出現(xiàn)過(guò)電流應(yīng)力。

圖 3使用占空比鉗位啟動(dòng)可實(shí)現(xiàn)較小的初始電壓。

將鉗位電路置于隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的初級(jí)側(cè)，無(wú)需單獨(dú)的輔助電源。圖 4顯示了使用通用比較器和幾個(gè)小信號(hào)晶體管的示例實(shí)現(xiàn)。此特定示例將鉗位電路與UCC256402控制器配對(duì)，該控制器具有 5.6 V 的固定 FB 引腳電壓，用作半橋 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的最小頻率鉗位。

圖 4初級(jí)端鉗位電路使用一個(gè)通用比較器和一對(duì)小信號(hào)晶體管。

在鉗位的初始狀態(tài)下，Q1 和 Q2 都導(dǎo)通，C1 和 C2 上的初始電壓均為 0 V。由于 Q1 將 Q2 的基極拉至地，與 V FB – 0.7V/R 6成比例的電流 從隔離式 DC/DC 控制器的 FB 引腳流出。對(duì)于 UCC256402 控制器，該電流吸收器將 VCR 柵極關(guān)斷閾值限制為 3 V ± ((82 μA – I sink ) × 100 kΩ)，從而提供頻率鉗位功能。鉗位有效的時(shí)間量由 C1、R1 和 R2 形成的 RC 時(shí)間常數(shù)以及當(dāng) C1 上的電壓大于TL331比較器的參考電壓時(shí)設(shè)置，如圖 5所示。

圖 5顯示了鉗位電路狀態(tài)與輸出電壓上升的關(guān)系。

由于 TL331 是一個(gè)集電極開(kāi)路比較器，它會(huì)將 Q1 的柵極下拉至地，從而關(guān)閉 Q1。當(dāng) C2 上的電壓開(kāi)始通過(guò) R5 充電時(shí)，從 FB 引腳拉出的電流量會(huì)緩慢減少，從而使頻率鉗位電路逐漸釋放。D1 和 D2 用作鉗位電路的快速?gòu)?fù)位，以便在從初級(jí)側(cè)電路移除偏置時(shí)快速對(duì) C1 和 C2 放電，例如在故障保護(hù)的情況下。

峰值電流比較

上述電路使 500W 連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) PFC 升壓轉(zhuǎn)換器和隔離式半橋 LLC 轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)能夠成功啟動(dòng)并為車間真空吸塵器供電。圖 6所示的波形說(shuō)明了電源的輸出電壓 (10 V/div) 和沒(méi)有頻率鉗位的電機(jī)的電流需求 (50 A/div)。電機(jī)的峰值電樞電流為 186 A。在電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)后的 300 ms 內(nèi)穩(wěn)定到 25 A 的穩(wěn)態(tài)電流之前，會(huì)出現(xiàn) 200 ms 的顯著電流應(yīng)力。

圖 6波形顯示了沒(méi)有頻率鉗位的電機(jī)電源電壓和電流。

圖 7中的波形說(shuō)明了電源的輸出電壓 (10V/div) 和啟動(dòng)期間啟用頻率鉗位的電機(jī)的電流需求 (10A/div)。峰值電流略高于 35 A，更接近電機(jī)的 25 A 標(biāo)稱額定值。電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)后，電機(jī)電流在 3 秒內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖 7波形顯示了帶頻率鉗位的電機(jī)電源電壓和電流。

包含一個(gè)簡(jiǎn)單的鉗位電路可滿足啟動(dòng) DC 電機(jī)的目標(biāo)，同時(shí)避免 AC/DC 電源中的高電流應(yīng)力，并且與其他方法相比可節(jié)省大量材料清單 (BOM)。這種方法也可以與非 LLC 拓?fù)浣Y(jié)合使用，通過(guò)連接到 PWM 控制器的 COMP 引腳來(lái)充當(dāng)占空比鉗位。設(shè)計(jì)一個(gè) AC/DC 電源來(lái)支持電機(jī)控制的全峰值負(fù)載需要能夠提供超過(guò)五倍于穩(wěn)態(tài)電機(jī)電流的能力。

對(duì)于 PFC 和隔離式 DC/DC(例如交錯(cuò)式 CCM PFC 和相移全橋)來(lái)說(shuō)，這種顯著的功率水平和電流壓力需要更昂貴的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這會(huì)顯著增加 BOM 成本。與輸出恒流限制相比，鉗位電路還可以節(jié)省 BOM 成本，因?yàn)樗恍枰獑为?dú)的隔離輔助電源，并且比包含大型電容器組要小。使用占空比或頻率限制可以實(shí)現(xiàn)更便宜、更小的隔離電源，同時(shí)仍能滿足 PMDC 的電源需求。