面向低成本调速电机驱动的电流检测方1
如何进行无刷电机测量与控制
如何进行无刷电机测量与控制无刷电机是一种高效、低噪音、低能耗的电机类型，广泛应用于无人机、电动车、工业自动化等领域。
对于无刷电机的测量与控制，是保证其正常运行和优化性能的关键。
本文将探讨如何进行无刷电机测量与控制的相关方法与技术。
一、无刷电机的测量方法无刷电机的典型测量项包括转速、转矩、温度和电流等。
下面将分别介绍这些测量项的方法与技术。
（1）转速测量转速是无刷电机运行的重要参数，常用的转速测量方法有霍尔效应传感器测量、信息反馈法和观察驱动器输出的速度指令等。
霍尔效应传感器是最常用的转速测量方法之一，它通过传感器感知转子的磁极，从而测量转速。
另外，信息反馈法利用编码器或位置传感器对转子的位置进行反馈，通过计算得出转速。
观察驱动器输出的速度指令是一种简单直接的方法，通过读取驱动器的速度指令来测量转速。
（2）转矩测量转矩是无刷电机输出的力矩，常用的转矩测量方法有两种，即间接法和直接法。
间接法是通过读取电流和电压等参数，然后通过计算得出转矩。
直接法则是使用专门的转矩传感器，将传感器与电机轴连接，在传感器输出的信号中测量转矩。
这种方法可以提供更准确和直接的转矩测量结果。
（3）温度测量无刷电机的温度测量主要包括电机内部的温度和电机表面的温度。
测量电机内部温度可以使用负温度系数热敏电阻或热电偶等传感器。
测量电机表面温度可以使用红外测温仪或表面贴片温度传感器等。
（4）电流测量电流是无刷电机运行的核心参数，电流测量方法主要有霍尔效应传感器测量和电流传感器测量两种。
霍尔效应传感器是最常用的电流测量方法，它在电机控制器中安装，通过感知电流并将其转换为电压信号进行测量。
电流传感器则是直接测量电流的一种方式，它通常会与电机的电源连接，感知电流并输出测量结果。
二、无刷电机的控制方法无刷电机的控制主要包括速度控制和转矩控制两种。
下面将分别介绍这两种控制方法的原理与应用。
（1）速度控制在无刷电机的速度控制中，最常用的方法是闭环控制。
直流电机电流检测电路的设计
直流电机电流检测电路的设计作者：王振亚来源：《电子技术与软件工程》2017年第04期摘要本设计选用飞思卡尔的32位微控制器MK60DN512（简称K60）为核心控制模块，用IR2104和NMOS搭建H桥电机驱动电路，使用LTC6102直接监视和测量电机电流。
该电路可以准确测量电路电流并将电流转换成电压，可实现电压的放大，调节和测量。
经实验分析，该电路结构简单，易于实现，适合小功率电机驱动电路的电流检测。
【关键词】MK60DN512 H桥电机驱动电路 LTC6102 电流检测随着对直流电机控制精度的提高，直流电机的电流检测成为双闭环控制和检测电机工作状态的重要因素。
目前，比较流行的电流检测方法有功率管检测、并联电流镜检测和串联电阻检测这三种。
功率管检测受温度影响较大，并联电流镜检测电路复杂，响应时间较慢，串联电阻检测的精度高，电路简单。
本设计采用超精准的LTC6102电流检测放大器可把误差降低到毫安级，同时降低了检测电阻，减少了功耗。
1 设计原理本设计采用飞思卡尔的微控制器产生20Khz的PWM的脉冲来控制电机驱动电路驱动电机，调节PWM脉冲的占空比可实现电动机的调速。
回路中串联一个采样电阻，回路中电流和采样电阻两端的电压成正比，用LTC6102把采样电阻两端的电压比较放大，再使用K60的模数转换（ADC）模块把电压信号转换成数字信号进行数据处理。
直流电机在不同转速或负载的情况下电流不同，直流电机采样电流可与转速实现双闭环控制，提高电机的控制精度，可实时监测电机扭矩和功率等信息。
2 电路设计2.1 控制单元本电路采用飞思卡尔k60系列的32位单片机MK60DN512作为核心控制器，K60外设丰富，主频可达100Mhz，使用k60的FTM模块产生20KHZ的PWM脉冲，为提高精度使用K60的16位的ADC模块采集采样电阻放大的电压。
采集的电压再经过计算得到电流。
2.2 电机驱动电路电机驱动电路使用N沟道MOSFET和专用栅极驱动芯片设计，N沟道MOSFET选用IR 公司TO-252 封装的IRLR7843，IRLR7843具有极低的导通电阻RDS=3.3mΩ，耐压值可达30V，电流可达161A，使用四个IRLR7843可构成H桥驱动电路，实现电机正反转。
ACS706系列电流传感器实验分析及其在低成本伺服驱动器中的应用
Ｐｎ５ ＧＮＤ ｉ ： Ｐｎ６ Ｖ０ＩＴ ｉ ： Ｊ Ｐ＿ ７ Ｖ０ＩＴ ｎ ： Ｊ Ｐｉ ： ｎ８
¨ １ Ａ ７ ６系列 传 感 器 管 脚 功 能 图 图 ＣＳ ０
加 了控 制 器 成 本 ， 使 用传 统 的 直 若
接 测 量 式 霍 尔 电流 传 感 器 ，则 达 不 到 预 期 的性 能 。因此 就 有 学 者 提 出 取 消 电 流传 感 器 ，然 后 通 过 估 算 电 流 大 小进 行 电 流 闭 环 控 制 。 算 电 估
系 统 通 常 要 进 行 电流 的 闭环 控 制 ，
器 ｃ／ 比较 敏 感 ， 于 一般 设 计 者 很 难 达 导 体 。 件 的 输 出 以 Ｖ ｃ２为 中心 ， 对
到 预 期 的检 测 精 度 ， 就 达 不 到 对 随着 流 过 初 级 铜 导体 电流 的增 长 而 也
电流 进 行 有 效 控 制 的 目的 。 呈 正 向 的 线 性 增 长 。 级铜 导 体 的 初 最 近 ，Ａｌｇｏ公 司 结合 其 半 导 典 型 的 内阻 为 １ ｍＱ， ｌ ｒ ｅ ． ５ 使得 其 损 耗较
体设 计加 工 技 术和 磁 参 数 霍 尔 传 感 小 。 导 体 的 厚 度 允 许 器 件 最 高可 铜
技 术 而 开 发 的 ＡＣ ７ ６系 列 电 流传 达 ３倍 瞬 时 过 流 而 不 损 坏 。传 导 电 Ｓ０ ５至 ８脚 ） 之 感 器 ，与 高 精 度 的 闭环 补 偿 式 霍 尔 流 的 管 脚 与 传 感 引 脚 （
ａ Ｌ
电 流传 感 器 相 比 ，既保 留 了较 高 的 间 电气 隔离 ， 就 使 得 Ａ Ｓ ０ 这 Ｃ ７ ６系列
电机电流测量方法
电机电流测量方法
电机电流可以通过以下方法进行测量：
1. 使用电流表：将电流表的连接线放置在电机电流回路中，使其与电机电流方向一致。
然后将电流表的选择档位调整到适当范围，即可读取电机电流的数值。
2. 使用电流传感器：电流传感器是一种将电流转换为电压信号输出的装置。
将电流传感器连接到电机电流回路中，然后通过测量电流传感器输出的电压信号，可以间接获得电机电流的数值。
3. 使用电流互感器：电流互感器是一种通过电磁感应原理将高电流变换为低电流的装置。
将电流互感器连接到电机电流回路中，然后通过测量电流互感器输出的电流信号，可以获得电机电流的数值。
需要注意的是，在进行电机电流测量时，应确保测量仪器的使用方法正确，并且与电机电流回路连接可靠，以保证测量结果的准确性和安全性。
保护功能移至片上可提升低成本电机驱动性能
例如 ，Ｒ公司最近推出的一系列 的 Ｓ Ｄ功能可通过一个专用引脚支持 自定 而该 方法也 可 以省 去 四组 浮动 电源 。 Ｉ Ｓ 单芯片 Ｈ Ｉ Ｖ Ｃ器件 ，将 ＣＭＯＳ电路 与 义关断模式。
６ ０ 或 １ ０ Ｖ 的 Ｎ 沟 道 和 Ｐ 沟 道 ０ Ｖ ０ ２ 软 开 通 功能 可 以限 制 电压 和 电流尖
示 。 间 短 路 可 能 和 发 射 极 之 间产 生 的 压 降 ，如 果 压 降 超 过 特 定 相 由 接线 错 误 ， 电机 门限 ．抗 饱 和 电 路就 会 关 断 相 应 的 栅 极 驱 动 信
引线 短路 ， 或者 电 号 。一个由分立元件构成的抗饱和电路需要一
机 相 间绝 缘 击 穿 个 比较器和 电压基准 ，一个高压二极管 ．以及
图２ 也 拉的施密特触发器 ． 以获得抗噪声扰动 保 护。 ｂ 表示 了该芯片中抗饱和检 测 （Ｓ Ｄ Ｄ）功能的内部 电路 。最 大高端 浮动电压可以高达 ６ ０ ０ Ｖ到 １ ０ Ｖ。通 ２０ 过一枚外接二极 管检测 Ｉ Ｔ导通时集 ＧＢ
捷 的应 用基础 ， 但 个霍耳效应传感器或者线性光电隔离器件， 外加 是 过 流 也 是 这 类 两个比较器 ，以及电压基准 ，电阻电容等 ， 每个
设 备 潜 在 的致 命 霍耳效应传感器还各 自需要一路单独的隔离电
问题 。 Ｉ Ｔ的 过 源。 ＧＢ 用于栅极驱动的光电隔离器件和翟耳效应传 流 状 态 大 致 源 于 感器通 常会在关断通道 中引入 ２ ｓ以上的延时， “
６ ２ ０ ．１ＣＯＴ ＬＮＩＥＮ Ｉ ４ ０ ６１ ｌ Ｎ ＯＥＧ ＥＩ ＣＨＡ Ｒ Ｎ ＲＧ Ｎ
维普资讯
功能 ． 则要额外增加六个 光电隔离器件 Ｉ２ ３ １ Ｒ ２ ８ Ｑ是带有泄放驱动的三相全桥
MESA 伺服驱动 MSD 1 A 说明书
7.1 总线终端电阻 ......................................................................................................................................12 7.2 电机温度传感器类型 PTC 或 NTC....................................................................................................12 7.3 HALL传感器或旋变调整 .....................................................................................................................12 7.4 电流控制器 ..........................................................................................................................................12
3.1 结构框图 ................................................................................................................................................8 3.2 电枢电流检测 ........................................................................................................................................9 3.3 RMS (I2T)-功能 IARMS ..............................................................................................................................9 3.4 IAMAX 最大电流调整 ...............................................................................................................................9 3.5 速度调整 ................................................................................................................................................9 3.6 偏移调整 ................................................................................................................................................9 3.7 限位开关 ................................................................................................................................................9 3.8 快停 ........................................................................................................................................................9 3.9 积分关闭-功能.......................................................................................................................................9 3.10 运行模式 ................................................................................................................................................9 3.11 斜坡发生器 ..........................................................................................................................................10 3.12 复位 ......................................................................................................................................................10 3.13 速度设定值 ..........................................................................................................................................10 3.14 外部电流限制 IAMAX .............................................................................................................................10
电流检测方法
电流检测方法电流检测是电气工程中非常重要的一项工作，它可以用来监测电路中的电流大小、方向和变化情况，为电路的安全运行提供重要的参考依据。
在实际工程中，有多种方法可以用来进行电流检测，本文将介绍几种常见的电流检测方法。
首先，最常见的电流检测方法之一是使用电流互感器。
电流互感器是一种通过电磁感应原理来测量电路中电流大小的设备。
它通常由铁芯线圈和次级线圈组成，当电流通过铁芯线圈时，会在次级线圈中感应出电流信号，通过测量次级线圈中的信号来确定电路中的电流大小。
电流互感器具有测量范围广、精度高的特点，广泛应用于电力系统和工业控制领域。
其次，另一种常见的电流检测方法是使用电流传感器。
电流传感器是一种利用电磁感应原理来测量电路中电流大小的设备，它通常由磁芯、线圈和信号处理电路组成。
当电流通过线圈时，会在磁芯中产生磁场，通过测量磁芯中的磁场变化来确定电路中的电流大小。
电流传感器具有体积小、响应速度快的特点，适用于需要快速响应的场合。
此外，还有一种常见的电流检测方法是使用霍尔传感器。
霍尔传感器是一种利用霍尔效应来测量电路中电流大小的设备，它通常由霍尔元件、磁场和信号处理电路组成。
当电流通过霍尔元件时，会在磁场中产生霍尔电压，通过测量霍尔电压来确定电路中的电流大小。
霍尔传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强的特点，适用于需要精准测量的场合。
综上所述，电流检测是电气工程中不可或缺的一项工作，而电流检测方法的选择将直接影响到电路的安全运行和性能表现。
在实际工程中，我们可以根据具体的需求和场合选择合适的电流检测方法，以确保电路的安全稳定运行。
希望本文介绍的电流检测方法能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。
电力拖动自动控制系统（名词解释）
电力拖动自动控制系统（名词解释）一、名词解释：1.G-M系统（旋转变流机组）：由交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁If即改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n，这样的调速系统简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统。
2.V-M 系统（晶闸管-电动机调速系统）：通过调解器触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现评平滑调速，这样的系统叫V-M系统。
3. （SPWM）：按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波雨期望波的争先等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）。
4.（旋转编码器的测速方法）M法测速——在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1,用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。
T法测速——在编码器两个相邻输出脉冲间隔时间内，，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。
M/T法测速——既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测用一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。
5.无刷电动机：磁极仍为永磁材料，但输出方波电流，气隙磁场呈梯形波分布，这样就更接近于直流电动机，但没有电刷，故称无刷电动机（梯形波永磁同步电动机）。
6.DTC（直接转矩控制系统）：它是利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，是既矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
7.恒Eg/f1=C控制：对于三相异步电动机，要保持气隙磁通不变，当频率从额定值向下调节时，必须同时降低气隙磁通在在定子每相中感应电动势的有效值Eg，使Eg/f1=恒定值，像这样的控制方法叫恒Eg/f1=C控制。
（譬如，对于异步电动机，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服钉子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，这种控制方法叫Eg/f1=C控制。
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面向低成本调速电机驱动的电流检测方案
作者：Naresh Shetty
简洁有效的需求
消费者和政府对于提高能源利用率的需求日趋紧迫，促使家用电器和小型工业系统等所有领域内的电机驱动技术不断取得进步。
调速驱动技术是降低这些电机总体能耗的关键所在，但是，设计人员仍需要一种既能节约成本又能获得宽调速范围和力矩控制带宽的驱动器体系结构，而实现这一要求的关键就在于一种简洁明了的电机电流检测方案。
电机电流检测电路可提供重要的反馈信息，将该信息与来自主控DSP 或MCU 的控制信号相结合，可以控制MOSFET 或IGBT 的栅极驱动芯片并最终调整电机速度。
如果要实现过流保护，还必需进行电流监控，不过对于低端应用而言传统的过流保护却显得过于昂贵。
如何处理电机电流信号
选择最佳的电机电流检测位置将在很大程度上影响检测电路的规模和复杂性。
如图1所示，在某些位置采样时，电流信号有可能包含高次谐波成分， 这样一来，就必须采用复杂的信号处理方法以要提取所需的电流成分。
例如，在与直流母线正端或负端相串联的位置采样电流信号时，将得到各IGBT 桥臂电流的矢量和，如图1所示。
该信号中脉宽调制波（固定载波频率）的包络才是可变的电机电流基频成分，因而，必须采用相当复杂的采样保持电路及数字信号处理电路，才能从中提取到具备良好线性度和精度的有用电流信息。
图1：电流检测方法
另外，也可以在每组IGBT桥臂的底部进行电流采样，如图1中所示。
此时信号处理要求会有所降低，但是仍不可避免地需要根据载波频率进行采样。
显然，由电机相线引出端可获得最为简单的电流信号，该信号中只包含可变的电机电流基频成分。
然而，也会出现一个需要注意的新问题：检测过程需通过一枚串联电阻将电流转化为mV级的微小差分信号，该信号却又浮动于600V到1200V的共模电压之上。
而且，该共模电压还会随着IGBT逆变器桥臂的开关切换，以高达10V/ns的dV/dt变化率，在直流母线的负端和正端之间来回摆动。
在过去，该问题曾经是实现低成本电流模式控制的一大障碍。
直接检测电机相电流
目前，国际整流器公司的HVIC技术使得检测这种浮动于巨大共模电压（且包括快速瞬变）之上的差分电压信号成为可能。
该技术将一个可以低端接地的CMOS电路与另一个高端浮动CMOS电路预制在一起，并在其间植入一个N沟道或P沟道LDMOS隔离区，LDMOS 可以穿越低端和高端电路间的高压势垒实现电平转移，从而传递控制信号。
因此，HVIC
技术能够以单芯片器件快速而精确地检测电机相线引出端的电流，从而简化硬件设计和信号处理要求。
电平转移电路还能够抵御高达50V/ns的快速瞬变，已高于IGBT逆变器产生的10V/ns的典型共模dV/dt噪声。
IR公司已经为高速、单相电流检测推出了两款新型HVIC芯片：IR2277和IR22771，并且都具备电机驱动应用所需的同步采样能力。
图2：IR2277 中的信号处理模块
如图2所示，各芯片的第一级由可抵御PWM谐波并降低电流纹波灵敏度的自动调谐滤波器构成。
该滤波器能够从SYNC信号中自动提取PWM频率，并将传输零点置于偶次谐波频点。
对PWM的半周期进行积分以获得和单一实极点位于PWM频率时相类似的频率响应特性，因而可以抵御高频噪声。
此外，准确放置于PWM偶次谐频的多重传输零点可进而提高衰减比。
芯片的第二级以两倍于SYNC的频率采样第一级的输出结果。
如果将SYNC信号相对于三角载波信号边缘（SYNC2）移位90度，则结合该过程，就可以完全去除输入信号中的奇次谐波。
图3：IR2277 的应用电路
IR22771可将微小电压差转化为PWM输出，而IR2277不仅提供PWM信号，也提供模拟输出，如图2 所示。
PWM输出信号及重建的模拟信号可以和MCU或DSP的力矩控制环
接口互连。
以HVIC进行设计
IR2277的应用电路如图3所示。
由于直接检测电机相电流，因而只需处理频率可变的电机电流基波。
检测到的电流与流经外部分流电阻的模拟电压成比例，然后IR2277将该模拟电压转化为时间间隔，并通过电平转移为DSP或模拟数字接口提供适宜的数字PWM输出信号，且无需额外的逻辑电路。
IR2277也可以提供与被测电流成比例的模拟输出电压，其值域取决于外部参考电压。
芯片的最大吞吐率为每秒40k次采样，适用于高达20kHz的非对称PWM调制，且20kHz 时最大延时小于7.5祍。
由于采用了可免除噪声的双向电平转移电路，因而可获得高达
50V/ns的免出错共模dV/dt噪声承受能力。
面向低成本驱动器的芯片组
IR2277和IR22771还可以产生快速的过电流信号以保护IGBT。
结合IR22381Q等同样采用IR公司的HVIC技术构建的IGBT驱动芯片，能够使设计人员实现低成本的IGBT保护，以防范相间短路、对地故障和桥臂贯穿电流。
对IGBT而言，由上述故障引起的过流是致命的，只是分立元件保护电路的高成本和复杂性曾使得这类保护特性仅能应用于高端电机驱动。
总之，在实用的低成本调速电机驱动中，HVIC技术已经可以固化过去由光电隔离器或霍耳效应传感器等大量笨重分立元件所完成的功能，并将其整合为单一的电流检测芯片和驱动芯片，且仅需附加少量的外部无源元件，以完成检测、偏置和确定时间常数等基本功能。
Naresh Shetty是International Rectifier运动控制产品经理。
原载《设计创新》杂志(end)。