电机控制器母线电容的选择与作用
本帖最后由 zhao133 于 2025-3-27 17:47 编辑在我们日常生活里，会涉及到很多电机控制的应用，比如洗衣机，手持电动工具、两轮车、水泵等，这类电机控制器有些使用电池供电，有些使用开关电源或者AC220V供电。作为一名国产工程师，我们最喜欢做的事情就是拆解别人做的产品，研究别人做的产品。大家拆解过程中，有没有发现一个规律，电机控制器的直流母线上都会背负着大电容，并且功率越大，直流母线上的电解电容容量越大。
对于小白工程师而言，驱动板上的电容与功率到底有和关系，该如何选择电容的参数呢？下面我给大家举例子一起来探讨这个问题：
项目需求:设计一个AC220V供电，500W的电机无刷电机驱动器
我们接收到这样的设计需求之后，可以把方案按照模块拆分，比如电源部分，选用PI的BUCK电源，主控芯片选用Geehy的F035，功率管选用ST的IGBT等（在这里也不作太过详细的介绍，后面我会找个时间专门发帖给大家分享项目如何从零开始设计）。大致方案确定后，我们现在进入正题：母线电容如何选型？
1、电容的耐压，AC220经过桥堆整流后得到的直流母线电压为：220V*1.414=310V，说明了，我们给电机功率管供电电压应该在310V电压附近（实际上我们设计产品会说明输入电压为AC220V+/-20%），即最终产品的直流母线电压最高可能达到265V*1.414=375V，因此我们电容应选择耐压不低于375V的电解电容，大于375V耐压的电容规格有400V，450V，560V等，考虑到成本及尺寸因数，最终选择400V或者450V耐压。
2、电解电容容量确定，我们设计开关电源会这么考虑电容容量：电源输出1mA电流需选用1uF容量的电容。关于母线电容的计算公式，百度一下我们是可以找到很多说法。其实我设计电机控制器这么多年，从来没有用过这些公式计算确定电容的容量大小，因为我觉得这些公式算出来的电容并不是最佳。
那么，当我们实际产品电容参数选择不对会有什么后果或影响呢，如果耐压选择偏低，有可能会出现电容过压导致电容被击穿，当电容容量偏大，对电路的性能不会造成影响，只是占用了更多的PCB空间，当电容容量偏小时，电机工作时会不断给电容充放电，电容会发电严重，容量越小，电容两端电压波动越大，最终电容可能出现寿命减小、过压击穿等风险。 只要电容的容量足够大，母线电压会接近于直线。
这次的分享就到这里，欢迎大家一起补充完善。
电源输出1mA电流需选用1uF容量的电容。这个是经验值吗？ 电机控制器的电源通常是直流电源，但在实际工作中，电源输出的直流电压会存在一定的纹波。母线电容可以存储电荷，在电压升高时充电，在电压降低时放电，从而平滑直流母线电压，为电机控制器提供稳定的电源。 电容的耐压等级必须高于母线电压的最大值 纹波电流是指流经母线电容的交流分量，由电机控制器输出的三相正弦基波电流与高频谐波电流叠加产生。纹波电流的大小取决于负载的性质和电路设计，对电容器的热稳定性和寿命有直接影响。 可以根据电机的额定电流和最大电流来估算母线电容的容量。 提供瞬时大电流 母线电容可以防止母线端电压的过充和瞬时电压对电机控制器的影响，确保系统在异常电压条件下的安全性。 电容值的选择取决于所需的能量存储能力和滤波效果。较大的电容值可以提供更好的滤波效果，但也会增加成本和体积。 通过吸收和释放电能，母线电容可以有效降低电流峰值，保护电力系统中的电器设备免受过载损害。 容器的额定电压必须高于最大预期的直流母线电压，通常建议留有一定的安全余量，比如10%-20%。
页:
[1]