锂离子电池供电的无刷直流电机设计方案

消费者期望电池供电产品具备出色的可靠性并缩短电池使用寿命，如手执电动工具、便携式医疗设备或家庭自动化产品。随着这些产品的市场很快快速增长，制造商们开始使用新一代锂离子电池(Li-ion)供电的无刷直流(BLDC)电机。

　　无刷直流电机非常适合于必须高可靠性、高效率和低功率密度的应用于。由于没电刷磨损和替换，无刷直流电机的可靠性十分低。因此，其预期寿命明显低于有刷电机，从而大大缩短产品的使用寿命。

　　从另一方面看，锂电池已普遍应用于各种消费电子产品，如智能手机和平板电脑等。锂电池以其出色的能量密度和静态电荷损失较慢的特点，沦为用途最广的电池之一。锂电池不仅用作消费电子产品，而且正在更加多的应用于过去使用铅酸蓄电池的产品，如高尔夫球车、电动割草机等。

　　新型锂电池供电的无刷电机工作时间宽，产品可靠性更高，从而增进了电池供电的电动产品市场的发展。许多产品正在展开这种新的电池的升级，还包括手钻、链锯、鼓风机等电池供电工具，以及小型电动车辆(电动自行车和轮椅)和不间断电源等。　　这些新产品还必须改版驱动MOSFET的桥式驱动器，以利用各种功能，同时增加其因应集成式的BLDC电动机与锂电池产生的问题。尤其是，新型桥式驱动器获取的创新安全功能，可避免电机阻抗再造滑行期间电池电池失控造成锂离子电池受损和损毁，更进一步缩短电池以及多节锂电池供电产品的使用寿命。

　　升级到锂离子电池和无刷直流电机　　锂离子电池的高能量密度是高于其他电池技术(如镉镍、镍氢或铅酸电池)的一个主要优势。一般来说情况下，锂电池能量密度是其它电池技术的两到三倍。能量密度低可以增大电池组尺寸，减低手执电动工具的重量并更进一步小型化。此外，在不减少原先电池组尺寸或重量的情况下，可以缩短电动自行车或轮椅等的工作时间。

　　不过，低能量密度的锂电池并非没应用于方面的问题。锂电池不是我们一般来说对电池解读意义上的电压源。锂电池内部电感非常低(100-500nH)，造成使用PWM技术驱动电机时产生显著的纹波电压。非常简单的解决办法是在MOSFET桥间减少充足电容，但由于受到空间、成本的容许，无法使用这种方法。

　　除空间受限外，PCB结构约束也是许多用于电池供电的手执电动工具的主要问题。在一些应用于中，桥臂间跨接较小的电容也不会使桥路产生相当严重的电压纹波。

以18-20V的锂电池为事例，大阻抗条件下，使用最小限度容量桥接电容的锂电池谷值电压有可能较低至5V，峰值电压则低约36V。另一个考虑到因素是短路期间的工作条件，如转子停转，这种情况下，电池电压不会上升到非常低的值。

这些例子中，拒绝控制器(而不是驱动器)需要要求如何对这些极端工作条件作出反应。

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