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(hào)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(cè)，并最終推薦了在線電流檢測(cè)電路。直插式是一種堅(jiān)固的電流檢測(cè)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(hào)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(cè)量策略：低邊或高端，或直列（也直接繞組）電流檢測(cè)（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(cè)。

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(cè)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(cè)應(yīng)用使用放大器和檢測(cè)電阻（RL），位于柵極驅(qū)動(dòng) FET 堆棧的底部。低側(cè)檢測(cè)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(cè)電阻（RL）和放大器靠近地面，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。此外，檢測(cè)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(cè)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(wèn)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(cè)負(fù)載故障的能力。檢測(cè)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(cè)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(duì)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(duì)較大的共模信號(hào)。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(duì)濕度的電路位置使得反激式和繞組電流測(cè)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(cè)。

在圖3中，MCU同時(shí)對(duì)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(cè)量的理想放大器可放大每個(gè)電機(jī)支路的差分信號(hào)，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(lái)抑制共模瞬變。

300kHz MAX40056為雙向電流檢測(cè)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(cè)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(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)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(hào)測(cè)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(cè)。推薦的電機(jī)電流檢測(cè)方法是直列式，這是一種強(qiáng)大的電流檢測(cè)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