电机控制和电池监测的电流检测解决方案

如今的汽车——不仅是混合动力和电动汽车，还有那些完全使用汽油或柴油的汽车——越来越依赖电子设备。在这些汽车系统中，电流监测是确保长期性能和可靠性的关键。电流检测是必不可少的适当的电机控制和电池监测。复杂和高度敏感的系统，如自动驾驶汽车，需要非常准确的检测反馈，以确保必要的功能和安全。

对于电力传动系统，一切都围绕着电气测试。关键参数与电力电子有关：开关频率、电压和电流、感应和反电动势（EMF）、电池容量和放电速度、逆变器和变换器的热管理以及功率再生的调节。其他参数包括发动机/发电机的相位角和薄板几何形状、磁铁位置和流线。

电机控制系统要求精确测量电机绕组电流。直接测量是最精确的测量方法，但是脉冲调制（PWM）信号的高振荡给实现带来了挑战。PWM抑制技术可以在不牺牲测量精度的前提下提高发动机效率，降低最小占空比。

汽车传感

电流测量在各种应用中提供信息。例如，在低功耗消费类电子产品中，除了在过流保护电路中启用关键的安全相关决策外，还可以监视电源电流以了解对电池寿命的影响。

有效的电流感应对汽车控制系统是必不可少的，如电力转向、自动换档、传动控制、发动机燃油喷射控制和主动悬架。所有这些功能都需要使用有源和反馈传感器进行精确的电流调节来实现自动控制。对于自动化控制应用，测量电流意味着知道电机的速度和方向。

与电源模块的接口允许控制模块调节电机中的电流。电机电流通常由h桥电路提供调制幅度电压（PWM）来控制（图1）。因此，转矩是通过计算产生的纹波电流的平均值来确定的。

图1:h桥电路决定电机的方向和速度

电机控制电路中的电流测量主要有两个原因：故障保护和为电机控制算法提供输入。过流保护电路用于检测可能指示系统故障的超量程操作条件。该电路可以识别失速情况或电机故障，并允许系统采取行动，以防止潜在的损害。

在线电流传感提供了更快的响应速度和更高的精度，从而提高了发动机控制系统的效率。它再现了不需要进一步处理的相电流的连续比例信号。然而，PWM共模信号对电流传感放大器提出了挑战。因此，为了使发动机控制系统的性能最大化，需要选择一个电流传感放大器，使PWM信号的影响最小化。

电流测量

电动开关无刷直流电机（BLDCs）的拓扑结构提供了四种汽车运行模式来监测电流：高侧直流链路检测、低侧直流链路检测、低侧相位检测和在线相位检测（图2）。

图2：无刷直流电机电流测量

低侧相位检测使得确定电机的相电流更容易，但不是一种精确的方法。它可能会引入与相电流相关的错误。低侧相位检测还引入了与系统接地有关的电机质量变化。由于敏感元件的位置，与高、低侧直流链路保护相比，故障检测受到限制。

通过驱动器的电流的拓扑结构要求使用具有高响应速度的放大器来响应在每个部分监视的电流的动态行为。在许多情况下，只有两个阶段被测量，第三阶段在控制器中计算。

主要的挑战是共模电压是PWM信号，如果不启用适当的PWM抑制电路，就会导致输出信号中断。这就对电流传感放大器提出了更高的要求，它必须具有良好的直流和交流共模抑制比（CMRR）以及高的直流精度（低输入偏置电压）。有些装置测量流向一个方向的电流，双向放大器通过感应电阻测量两个方向的电流。

电流敏感放大器

MAX40056是一个高精度、高电压、双向放大器PWM应用，如伺服电机控制和电磁操作。MAX40056具有PWM抑制电路，是电机控制中高压电流传感的一种有效的新解决方案。工程师可以通过降低发动机低速运行时的振动来提高性能，从而改进控制算法。

图3:MAX40056的框图

责任编辑：gt