實(shí)現(xiàn)精確而堅(jiān)固的電機(jī)控制傳感系統(tǒng)

正確驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的速度和扭矩需要反饋精度和信號完整性，以響應(yīng)以在電機(jī)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供穩(wěn)定性。該設(shè)計(jì)解決方案比較了低邊、高邊和直列式電流檢測，并最終推薦了在線電流檢測電路。直插式是一種堅(jiān)固的電流檢測電路，可保留交流電機(jī)三個(gè)支路的相位關(guān)系。

介紹

現(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)需要反饋精度和信號完整性，以正確驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)（如速度和扭矩），并在電機(jī)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供穩(wěn)定性。

捕獲電機(jī)信息時(shí)，有三種電機(jī)控制測量策略：低邊或高端，或直列（也直接繞組）電流檢測（圖 2）。

圖2.低邊、高邊和直插式電路選項(xiàng)，用于電機(jī)速度和扭矩檢測。

該deisgn解決方案比較了三種電機(jī)控制方法，并為可靠的電流檢測電路推薦了合適的電子器件。

低側(cè)電機(jī)電流傳感器

低成本、低側(cè)電流檢測應(yīng)用使用放大器和檢測電阻（RL），位于柵極驅(qū)動(dòng) FET 堆棧的底部。低側(cè)檢測系統(tǒng)使放大器在靠近地面的地方運(yùn)行，并連續(xù)捕獲每個(gè)支路的安培活動(dòng)。

優(yōu)點(diǎn)是檢測電阻（RL）和放大器靠近地面，簡化了電路設(shè)計(jì)。此外，檢測電阻頂部的同相放大器輸入與其高同相端子輸入阻抗的干擾有限。

缺點(diǎn)是，電機(jī)支路接地之間的電流檢測電阻會(huì)增加不希望的動(dòng)態(tài)壓降并破壞接地路徑。這個(gè)增加了電阻，RL，產(chǎn)生可能導(dǎo)致 EMI 噪聲問題的失調(diào)電壓。如果負(fù)載短路到地，則 RL電阻消除了檢測負(fù)載故障的能力。檢測電阻和放大器的組合可捕獲電機(jī)反激式和返回電流。除非每個(gè)支路都使用檢測電阻和放大器，否則計(jì)算繞組電流的唯一方法是使用MCU算法。

高邊電機(jī)電流傳感器

直接連接到FET驅(qū)動(dòng)器正電源的高邊電阻可最大限度地減少電阻器對整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)交流電壓影響。這種配置的侵入性較小，產(chǎn)生的EMI特性最小。此外，高共模抑制比（CMRR）差分放大器可濾除脈寬調(diào)制器（PWM）開關(guān)噪聲。

高端方法要求電路在FET網(wǎng)絡(luò)電源電壓下應(yīng)對較大的共模信號。這一要求需要一個(gè)能夠處理潛在高電壓的可靠放大器。最后，相對濕度的電路位置使得反激式和繞組電流測量變得不可能。

直列電機(jī)電流傳感器

直列（或直接繞組）是首選方法，因?yàn)樗峁┱鎸?shí)的當(dāng)前相位信息。在直接繞組配置中，系統(tǒng)處理器知道三相電機(jī)每相在任何給定時(shí)間的電流，從而使電機(jī)運(yùn)行更加高效（圖 3）。

圖3.用于電機(jī)控制的在線電流檢測。

在圖3中，MCU同時(shí)對所有三個(gè)支路進(jìn)行采樣，以保持每個(gè)支路激勵(lì)之間的相位關(guān)系。

用于在線測量的理想放大器可放大每個(gè)電機(jī)支路的差分信號，并抑制脈寬調(diào)制（PWM）共模瞬變。具有快速建立時(shí)間、高帶寬的放大器可以抑制共模瞬變。強(qiáng)大的PWM抑制功能有助于實(shí)現(xiàn)最快的建立時(shí)間、更高的精度，并使客戶能夠?qū)WM占空比降至盡可能接近0%。

堅(jiān)固型電機(jī)控制系統(tǒng)的解決方案是使用直插式快速建立時(shí)間、高帶寬放大器來抑制共模瞬變。

300kHz MAX40056為雙向電流檢測放大器，在50V、±500V/μs時(shí)具有60dB的高交流PWM邊沿抑制（圖4）。

圖4.電流檢測放大器 （CSA） 獲得專利的 PWM 抑制電路。

在圖4中，有多個(gè)增益選項(xiàng)：10V/V、20V/V和50V/V。內(nèi)部基準(zhǔn)具有 1% 的雙向偏移。

該器件具有從 500V/μs 和更高的 PWM 邊沿恢復(fù)的 500ns PWM 邊沿。輸入共模電壓范圍為-0.1V至+65V，放大器保護(hù)范圍為-5V至+70V。MAX40056和競爭基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表明PWM共?？箶_度存在顯著差異（圖5）。

圖5.50V PWM 周期的 PWM 邊沿抑制。

在圖5中，MAX40056 CSA的模擬輸出顯示輕微的凸起，在500ns內(nèi)恢復(fù)，而競爭器件需要大約2μs才能恢復(fù)。CSA 獲得專利的 PWM 抑制輸入可抑制瞬態(tài)并提供干凈的差分信號測量。

結(jié)論

該設(shè)計(jì)解決方案比較了三種電機(jī)控制方法：低側(cè)、高端和直插式電流檢測。推薦的電機(jī)電流檢測方法是直列式，這是一種強(qiáng)大的電流檢測電路，可保留交流電機(jī)三個(gè)支路的相位關(guān)系。

審核編輯：郭婷