实现精确而坚固的电机控制传感系统

正确驱动电机系统的速度和扭矩需要反馈精度和信号完整性，以响应以在电机动态范围内提供稳定性。该设计解决方案比较了低边、高边和直列式电流检测，并最终推荐了在线电流检测电路。直插式是一种坚固的电流检测电路，可保留交流电机三个支路的相位关系。

介绍

现代电机控制系统需要反馈精度和信号完整性，以正确驱动系统响应（如速度和扭矩），并在电机动态范围内提供稳定性。

捕获电机信息时，有三种电机控制测量策略：低边或高端，或直列（也直接绕组）电流检测（图 2）。

图2.低边、高边和直插式电路选项，用于电机速度和扭矩检测。

该deisgn解决方案比较了三种电机控制方法，并为可靠的电流检测电路推荐了合适的电子器件。

低侧电机电流传感器

低成本、低侧电流检测应用使用放大器和检测电阻（RL），位于栅极驱动 FET 堆栈的底部。低侧检测系统使放大器在靠近地面的地方运行，并连续捕获每个支路的安培活动。

优点是检测电阻（RL）和放大器靠近地面，简化了电路设计。此外，检测电阻顶部的同相放大器输入与其高同相端子输入阻抗的干扰有限。

缺点是，电机支路接地之间的电流检测电阻会增加不希望的动态压降并破坏接地路径。这个增加了电阻，RL，产生可能导致 EMI 噪声问题的失调电压。如果负载短路到地，则 RL电阻消除了检测负载故障的能力。检测电阻和放大器的组合可捕获电机反激式和返回电流。除非每个支路都使用检测电阻和放大器，否则计算绕组电流的唯一方法是使用MCU算法。

高边电机电流传感器

直接连接到FET驱动器正电源的高边电阻可最大限度地减少电阻器对整个系统的动态交流电压影响。这种配置的侵入性较小，产生的EMI特性最小。此外，高共模抑制比（CMRR）差分放大器可滤除脉宽调制器（PWM）开关噪声。

高端方法要求电路在FET网络电源电压下应对较大的共模信号。这一要求需要一个能够处理潜在高电压的可靠放大器。最后，相对湿度的电路位置使得反激式和绕组电流测量变得不可能。

直列电机电流传感器

直列（或直接绕组）是首选方法，因为它提供真实的当前相位信息。在直接绕组配置中，系统处理器知道三相电机每相在任何给定时间的电流，从而使电机运行更加高效（图 3）。

图3.用于电机控制的在线电流检测。

在图3中，MCU同时对所有三个支路进行采样，以保持每个支路激励之间的相位关系。

用于在线测量的理想放大器可放大每个电机支路的差分信号，并抑制脉宽调制（PWM）共模瞬变。具有快速建立时间、高带宽的放大器可以抑制共模瞬变。强大的PWM抑制功能有助于实现最快的建立时间、更高的精度，并使客户能够将PWM占空比降至尽可能接近0%。

坚固型电机控制系统的解决方案是使用直插式快速建立时间、高带宽放大器来抑制共模瞬变。

300kHz MAX40056为双向电流检测放大器，在50V、±500V/μs时具有60dB的高交流PWM边沿抑制（图4）。

图4.电流检测放大器 （CSA） 获得专利的 PWM 抑制电路。

在图4中，有多个增益选项：10V/V、20V/V和50V/V。内部基准具有 1% 的双向偏移。

该器件具有从 500V/μs 和更高的 PWM 边沿恢复的 500ns PWM 边沿。输入共模电压范围为-0.1V至+65V，放大器保护范围为-5V至+70V。MAX40056和竞争基准数据表明PWM共模抗扰度存在显著差异（图5）。

图5.50V PWM 周期的 PWM 边沿抑制。

在图5中，MAX40056 CSA的模拟输出显示轻微的凸起，在500ns内恢复，而竞争器件需要大约2μs才能恢复。CSA 获得专利的 PWM 抑制输入可抑制瞬态并提供干净的差分信号测量。

结论

该设计解决方案比较了三种电机控制方法：低侧、高端和直插式电流检测。推荐的电机电流检测方法是直列式，这是一种强大的电流检测电路，可保留交流电机三个支路的相位关系。

审核编辑：郭婷