BLDC开发笔记7.转速和扭矩的影响因素和开关管的热分析概述

转速和扭矩的影响因素

在现代无刷直流永磁电动机的原理与设计一书中，有：

可见，空载转速 \(n_0\) 和供电电压 \(U\) 成正比关系（ΔU是管压降可以忽略），和极对数 \(p\) 、匝数\(w_{\phi }\) 和气隙磁通 \(\phi _{\delta 0}\) 成反比。高转速电机，匝数必然越小。

扭矩 \(M_{cp}\) 和供电电压 \(U\) 、极对数 \(p\) 、匝数\(w_{\phi }\) 和气隙磁通 \(\phi _{\delta 0}\) 成正比。极对数越多，能承受的力越大；匝数越多，储存的磁能越多，当然扭矩可以越大。

所以，在电机内部结构固定的情况下，我们可以通过改变供电电压的大小来进行调速。而PWM脉冲宽度调制就是改变电压的方式。频率和占空比不同，一定时间内的有效电压不同（通过积分计算面积再平均），占空比越高，转速就越快。

在三相逆变电路中，载波方式有单桥臂载波和双桥臂载波。单桥臂载波又分为上桥臂载波和下桥臂载波。一般使用单桥臂载波即可。

一般载波频率选择为10K-20K，和开关管的损耗与人耳听到的频率范围有关，频率太高，开关管的开关损耗越大；频率太低电机发出电磁噪音。

开关管的热分析概述

以上桥臂载波为例，下面Q1-Q5为MOSFET（懒得找图了）

先分析回路电流流向

假设Q1以15khz斩波，Q4恒通，当Q1开通时，绕组励磁电流流向为：Q1->A->C->Q4，那么Q1关断时，绕组电流流向则为：C->Q4->Q0->A。

可见，Q1关断时时是靠下桥臂Q0的体二极管来续流。

其他相序是一样的过程。这样我们就能损耗出现在哪里，什么时候。

这里不做计算分析。在MOSFET里面再专门整理相关知识点。

	上桥臂MOSFET	下桥臂MOSFET
开关损耗	较大	忽略（只有换相期间）
关断损耗	较大	忽略（只有换相期间）
导通损耗	导通间隙	导通时间内持续
续流损耗	无	有

1. 由于是靠下桥臂体二极管来续流，所以大电流时候要特别注意体二极管的功耗。电流越大，体二极管功耗占比就越大，这是常常忽略的点。大电流时候往往超过导通和开关损耗。
2. 开关损耗：正比于开关频率。在小功率电机里面占比大。

所以在大电流系统里面，因为续流损耗存在，下管功耗更大，下管的散热问题需要重点分析。在电动自行车里面，会采用双下管并联方式来分担功耗。

下桥臂载波方式分析过程与此类似，但续流是靠上桥臂来续流，并且是从电源端续流。在大电流系统，上管功耗更大。