无人机 - 关于快速启停时尖峰问题

1.问题现象

我们在进行如无人机BMS硬件设计时,可能会遇到些问题。

1.明明额定电流远没达到BMS的短路、过流保护阈值,但是实际上触发了。

2.板子上一些耐压值较高的芯片,莫名奇妙被烧坏了。

这两个问题很大概率是因为无人机在快速启停时的尖峰脉冲所导致的。

2.问题原因

2.1 电机本体的磁能释放

无人机的无刷电机本身是电感,在转速猛得下降时,磁场能量无法立刻消失。此时会产生反向电动势,在驱动MOS关断瞬间会形成一定的电压脉冲;

2.2 电流瞬态变化引起的寄生感应电压

MOS管在极短时间内,发生从导通到到截止的切换。这时候电流变化率极大,根据U=Lp*(di/dt),可知,这时候也会形成瞬间高压。Lp是寄生电感,常见于PCB走线、焊点、封装内部产生;

2.3 MOS体二极管的反向恢复

MOS关断后,内部二极管反向阻断,会产生一个反向恢复电流(Irr),这个电流叠加在寄生感应电压的di/dt上,会产生电流尖峰,并且提升电压尖峰;

2.4 电池内阻与瞬态响应

无人机的电池在大电流突变的时候,内阻不恒定,这时候电压会出现瞬时的波动。同理,供电处电容放电不足也会导致电压尖峰;

2.5 油门信号的突变

电调ESC在启动/停止瞬间改变PWM占空比,会导致电流阶跃;

2.6 地弹

高速开关产生瞬间电流在PCB的地上面形成压差,表现为参考地平面电压抖动。这时候电压会出现尖峰,电流回路会有瞬间冲击;

2.7 换相瞬态

无人机无刷电机的三相换相时,电流方向瞬间突变,也会产生电流尖峰。并且在换相电容、电感上形成电压尖峰;

3.硬件抑制方式

3.1 TVS

我们这里选型时要注意TVS的击穿电压、钳位电压。可以理解为TVS有三个分区,

分区一:系统电压小于击穿电压;

分区二:系统电压夹在击穿电压与钳位电压之间;

分区三:系统电压大于钳位电压;

当处于分区一时,可以把TVS认为是一个开路的开关,这时候无事发生;

当处于分区二时,可以认为TVS是一个加了电阻的闭合开关。

当处于分区三时,可以认为TVS是一条通路;

我们认为TVS工作时,需要快速跳过击穿电压,来到钳位电压这里。因为处于分区二时,有电流流过,但是存在阻抗,这时候若是时间较长,容易发生发热或者损坏。并且TVS顺坏后大部分情况表现为短路,较为危险;

有种做法是TVS串联一个限流电阻,一般取2-5R,电阻更容易烧坏(TVS贵些),另外当烧坏电阻后,TVS对地端悬空,此时也能降低短路风险;

3.2 尖峰吸收电路

比如RC尖峰吸收电路,例如在电源输出部分并联<3R3电阻串联10nF电容>。类似

-----VOUT-------------------------

|

3R3

|

10nF

|

GND

用来吸收尖峰;

4.软件抑制

4.1 电流斜率

在控制算法中加入Ramp-Rate,让电机减速过程更平滑一点,降低再生电流冲击;

4.2 启动功率限制

这个主要用于启动时那一下的功率限制,比如常见的AM32里就可以调;

相关推荐
拓恒技术4 小时前
从“可见光漏检”到“热异常锁定”:无人机河道排污口识别与溯源的技术链路
人工智能·视觉检测·无人机
蓝悦无人机8 小时前
《概率机器人》读书笔记-第六章-机器人感知模型:波束、似然场与地标
机器人·slam·测距仪·观测模型·波束模型·似然场模型·地标模型
明志数科9 小时前
工业采集数据的计量口径分层与可复算质检设计
人工智能·机器人
lisw0510 小时前
软体机器人手臂的混合控制策略!
数学建模·机器人
QXWZ_IA11 小时前
无人机自主巡检从半自动到全闭环的阶段划分与定位要求
人工智能·安全·无人机
AiNightVision12 小时前
无人机夜视模块如何选择?——从参数指标到系统集成的完整选型指南
人工智能·算法·计算机视觉·车载系统·无人机·视频·智能硬件
GlobalInfo13 小时前
管道检测机器人行业调查、市场规模、排名分析报告2026-2032
大数据·人工智能·机器人
FII工业富联科技服务14 小时前
多智能体如何进入制造现场?从业务协同到数字孪生验证
大数据·人工智能·算法·机器人·制造·数字孪生
兜里只有三分钱~15 小时前
启元机器人 π0 与 GR00T N1 对比:VLA 模型的两条技术路线
机器人·微调·预训练·仿真·vla
兜里只有三分钱~15 小时前
从 URDF 到 SDK:开发者视角拆解启元 T1/Q1 机器人架构
机器人·sdk·仿真·ros2·urdf