電機控制設計中少即是多

汽車在整個車輛框架中都位于低壓直流電機中。在創(chuàng)建汽車 BLDC 電機系統(tǒng)時，主要控制挑戰(zhàn)是測量電機的位置和扭矩。該設計解決方案定義了直流電機信號動態(tài)和新型有效的高PWM抑制電流檢測放大器（CSA），該放大器具有快速建立時間精度，以補充更快的電機控制算法。

介紹

直流電機在工業(yè)和汽車產(chǎn)品中比比皆是。這 汽車在低壓直流電機中貫穿始終 車輛的框架。例如，直流電機提供 自適應大燈、動力轉向、巡航控制、天窗、 雨刮器和后視鏡調節(jié)功能。

直流電機產(chǎn)生一個移動磁場，該磁場使用 相位驅動架構，進而產(chǎn)生扭矩。 在創(chuàng)建汽車直流電機系統(tǒng)時，主要 控制挑戰(zhàn)是測量位置和扭矩。

人們可以通過獨立測量來捕獲這些事件 三個電感繞組電流中的每一個都帶有單獨的 電流檢測放大器 （CSA）。這種三繞組傳感 解決方案需要獨立的 CSA 來產(chǎn)生快速穩(wěn)定 時間和均等抑制脈寬調制 （PWM） 信號。此外，微控制器的算法計算 瞬時繞組電流，同時獲取PWM脈沖 考慮相位或占空比。

獲得遠程信息處理信息非常困難 直流電機。此設計解決方案定義直流電機信號 動態(tài)包括PWM信號快速壓擺率，測量 穩(wěn)定時間，以及提高精度的新型有效 CSA 具有快速建立時間和高PWM抑制，通過簡化 整個系統(tǒng)。

脈寬調制信號特性

電子直流電機的運動，如精密 步進電機，需要PWM電壓或轉換電流 電機繞組的信號。該電壓信號產(chǎn)生 排斥或吸引磁電機的磁場 導致電機旋轉的定子。

PWM 電壓信號為繞組供電至 產(chǎn)生磁場。該磁場與 磁鐵以產(chǎn)生電機的圓周反應。

PWM電壓信號的實現(xiàn)（圖3） 以不同的頻率和負載控制電機速度 周期。

圖3.PWM電壓信號（I負荷） 占空比為 50% 和 5%。

在圖 3 中，頻率等于 1 除以 信號高和低時間的總和。高精度 電機應用，確定電機速度至關重要。一個 5% 占空比平均較小的磁場，因此 電機速度較慢。

檢測電機 PWM 電流 （I負荷）

檢測PWM信號的一種快速方法是放置一個 小值直插式 PCB 電阻器 （R意義） 并使用 CSA 來檢測 這個小電阻兩端的壓降（圖 4）。

圖4.帶有開爾文感應 PCB 電阻器的 CSA。

圖 4 顯示了開爾文檢測跡線到 CSA的輸入，然后輸入逐次逼近寄存器 模數(shù)轉換器或SAR-ADC。

開爾文感跡線應盡可能接近 檢流電阻器的焊接觸點焊盤。范圍 R意義取決于 I 的最大星等負荷、CSA 的電壓增益（增益）和 CSA 的輸出電壓范圍。關鍵的 CSA 性能規(guī)范是 放大器建立時間和關鍵的SAR-ADC性能 規(guī)格是獲得輸出所需的時間 CSA 或采集時間的信號。

電機控制系統(tǒng)

該電機控制系統(tǒng)的正確配置是 有 R 對意義和所有三種電流檢測中的 CSA 行（圖5）。

圖5.三相伺服電機中的電流檢測。

在圖5中，三對功率FET，由 微控制器，產(chǎn)生負載電流（I負荷） 到電機 繞組。所有三個 CSA 器件都連接到一個 ADC。這些 轉換器將其轉換數(shù)據(jù)發(fā)送到微控制器 確定相位和幅度，然后完成 反饋環(huán)路回到功率 FET。

PWM 共模電壓

高速電機應用需要快速上升和下降 PWM 電壓信號。圖6顯示了輸出波形 來自兩個不同的 CSA，當呈現(xiàn)共模時 輸入三角形 50V 步進。

圖6.PWM 階躍輸入的共模階躍抑制，步進輸入上升/下降時間為 500V/μs。

在圖6中，CSA的共模輸入電壓變化 大約為 50V，上升和下降時間為 500V/μs。這 兩條底部曲線表現(xiàn)出兩種不同 CSA。藍色數(shù)據(jù)線中的最大擾動為 約50mV。紅色數(shù)據(jù)線的中斷是 約600mV。

高速、低成本電機控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的關鍵時刻是 CSA、SAR-ADC的采集速度和三的成本 CSA 系統(tǒng)。圖7所示為解決這些問題的電路。

圖7.通過感應兩個支腿在三相伺服電機中進行經(jīng)濟電流檢測。

對兩個 CSA 的輸出求和，如圖 7 所示， 產(chǎn)生代表第三個繞組電流的電壓。 根據(jù)基爾霍夫定律，第三個繞組電流等于總和 另外兩個繞組電流。簡單的運算放大器求和 電路足以產(chǎn)生與 第三個繞組電流。

該電路提供所有三個的瞬時繞組電流 無需進一步計算或了解PWM的相位 脈沖相位或占空比，減少電路數(shù)量 CSA 從三個增加到兩個。

結論

汽車行業(yè)對低壓直流的普遍使用 電機是一項艱巨的測量挑戰(zhàn)。一 找到每個位置和扭矩的經(jīng)濟方法 電機需要一個新的解決方案來解決這個古老的問題。MAX40056F采用改進的設計技術，可快速 向控制器提供輸出信號。較低的沉降率 時間為高速電機系統(tǒng)提供結果和 使第三個 CSA 變得不必要。這種新的設計架構 提供出色的性能而不會破壞銀行。

審核編輯：郭婷