直流电机测量堵转采样电阻参数选择

只看该作者 · 2024-10-20 10:44

我在做一个电机驱动实验，看的有人发帖问，我也想试试。
问了GPT，一通胡扯八道，不过在我提供了足够的信息后，开始回答的可靠了。

提问：12V供电，通过NMOS驱动775直流有刷电机，堵转时候电流有多大，根据你的知识库经验给我推荐一下。

GPT：775直流有刷电机在堵转时的电流通常很大，可能达到几十安培。具体的堵转电流取决于电机的额定功率和工作电压。
一般情况下，775电机的额定电压为12V，堵转电流可能在30A到50A之间，有时甚至更高。为了避免电路过载，建议使用一个额定电流足够大的NMOS，同时加入适当的过流保护，例如使用熔丝或限流电路。你也可以在电源和电机之间串联一个电流感应电阻，或者使用电流传感器来实时监控电流。
选择NMOS时，最好选择一个具备足够的电流和功率余量的型号，确保其导通电阻较低以减少功耗和发热问题。例如，可以考虑使用IRLZ44N或类似的低导通电阻、可承受高电流的MOSFET。

提问：如果在源极接地端串联一个100mΩ的电阻采样，该电阻是否需要并联一个电容，并联多大的电容合适，驱动NMOS的开关频率为20KHz

GPT：在源极接地端串联100mΩ电阻用于电流采样时，通常建议并联一个电容以滤除高频开关噪声，避免PWM信号带来的干扰影响测量精度。由于你的开关频率是20kHz，电容的选择应考虑两个因素：
滤除高频噪声：电容的作用是将高频分量旁路掉，而不影响直流或低频分量的测量。
避免响应延迟过大：电容值不宜过大，以免影响采样的响应速度，尤其是当你需要实时监控电流时。
选择电容值的建议：
你可以选择一个典型范围在1nF到100nF之间的电容，具体值依赖于你的系统对噪声的敏感度以及对测量精度的要求。
1nF-10nF：这类较小的电容适合滤除非常高频的噪声而不影响测量响应时间。如果你对噪声较不敏感，可以从小值开始。
10nF-100nF：如果你的电路中存在较大的高频噪声，可以考虑稍大一点的电容来提高滤波效果。
示例计算：
设你选择并联10nF的电容，那么该电阻和电容的RC时间常数为：τ=R⋅C=100mΩ⋅10nF=1μs
这个时间常数足够快，能对20kHz的开关信号进行适当的滤波而不会影响电流采样的速度。
因此，10nF电容是一个不错的初始选择。你可以根据实际的电流采样精度和噪声情况进行调整。如果噪声问题严重，尝试更大电容值；如果响应速度不够快，则减小电容。

提问：在以上情况下，检测采样电阻在堵转时候能有多大的电压？

GPT：当775直流有刷电机在堵转时，电流会急剧增加，因此通过源极接地端的100mΩ采样电阻的电压也会相应增加。假设堵转时的电流为30A到50A（这是775电机常见的堵转电流范围），我们可以根据欧姆定律来计算采样电阻上的电压：V=I×R

计算：
如果堵转电流为30A：V=30A×0.1Ω=3V
如果堵转电流为50A：V=50A×0.1Ω=5V
因此，在堵转时，采样电阻两端的电压可能在3V到5V之间。这取决于具体的堵转电流，实际电流可能因为不同电机的规格和具体电路的供电条件而有所不同。
你需要确保你的电流检测电路能够测量并处理这个电压范围，同时，MOSFET和其他相关元件也需要能承受这种高电流状态下的功率损耗和发热。

只看该作者 · 2024-10-20 10:46

本帖最后由 huahuagg 于 2024-10-20 10:51 编辑

提问：电阻的功率和精度如何选择？
GPT：在选择100mΩ采样电阻的功率和精度时，需要考虑电阻在大电流（例如堵转电流）下的功率损耗，以及精度对电流测量结果的影响。

只看该作者 · 2024-10-20 10:53

提问：通常该类电阻的功率只有1W、2W、3W的选择。
GPT：
对于标准的100mΩ电流采样电阻，常见的功率范围确实是1W、2W、3W，这些电阻适用于低功率场合，但在高电流（如30A至50A）情况下，这些功率是不够的。由于堵转时的功率损耗远超过这些标准电阻的额定功率，因此你需要考虑以下替代方案来处理这种大电流和功率情况：
解决方案
选择专用高功率分流电阻这种电阻专门设计用于高电流检测，可以承受更高的功率。例如，常见的金属带或金属合金分流电阻，具有很低的电阻值（通常在1mΩ到100mΩ之间），但其功率额定值可以达到几十瓦甚至更高。
推荐型号：可以选择类似Dale CW系列、Isabellenhütte等品牌的分流电阻，通常具有更高的功率额定值（10W、20W甚至更高），适合高电流检测。
降低采样电阻值你可以选择更小电阻值（例如1mΩ到10mΩ），以降低功率损耗。比如，当电阻为10mΩ时，堵转时的功率计算如下：

这样即使在堵转时，功率损耗也可以控制在10W到25W范围内。这种设计更可行，因为10W-25W的分流电阻是较容易找到的。
此时，虽然电阻值变小，但你仍然可以通过放大器放大采样电压信号以进行精确电流测量。
并联多个低功率电阻如果你无法找到单个高功率电阻，可以通过并联多个低功率电阻来分摊功率。例如，使用多个1W或2W的100mΩ电阻并联，来承受更高的总功率。
例如，若你使用5个2W的100mΩ电阻并联，总的等效电阻为20mΩ，额定功率可以达到10W：

这样可以有效增加承载功率，但需要考虑布局空间和散热问题。
结论
最佳选择：使用专用高功率分流电阻，它们专为大电流场合设计，具备较高的功率额定值，可以承受30A-50A的堵转电流。
降低电阻值：选择更小的电阻（例如10mΩ），以减少功率消耗，结合放大器实现精确的电流测量。
并联多个电阻：如果无法找到单一高功率电阻，可以使用多个电阻并联来提升总功率处理能力。

只看该作者 · 2024-10-20 10:54

至此，我没告诉GPT我的电机供电情况，所以它回答的夸张了。

提问：请注意，该电机的供电电源为12V，2A的电源。

GPT：
在使用12V、2A的电源驱动775直流有刷电机时，堵转电流不会达到30A-50A的范围，因为电源的电流输出能力有限。实际上，电流最大只能接近2A，受限于电源的额定输出。
堵转时的电流估算：
即使电机堵转，电源提供的最大电流将是2A。我们可以计算此时100mΩ采样电阻上的电压和功率。

因此，采样电阻的功率损耗为0.4W。由于这个功率较低，选择一个1W功率的电阻就足够了。

精度建议：
由于堵转电流受限于2A，你可以继续选择1%精度的100mΩ电阻，甚至可以选择更高精度（0.5%或0.1%）以提高电流测量的精确度。

总结：
在你使用的12V、2A电源下，堵转时采样电阻两端电压为0.2V，功耗为0.4W。
选择1W功率、1%精度的100mΩ电阻就能满足要求，不需要更大功率的电阻。