用于电机控制、电池寿命的精确电流检测

当今的汽车——不仅是混合动力汽车和电动汽车，还有那些只使用汽油或柴油燃料的汽车——越来越依赖于电子设备。在这些汽车系统中，电流监控对于确保长期性能和可靠性至关重要。电流检测对于正确的电机控制和电池监控至关重要。自动驾驶汽车等复杂且高度敏感的系统需要极其准确的检测反馈，以确保必要的功能和安全性。

对于电动动力系统，一切都围绕着电气测试展开。关键参数与电力电子相关：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、逆变器和转换器的热管理以及电源再生调节。其他参数包括发动机/发电机相角和片材几何形状、磁铁位置和流线。

电机控制系统需要精确测量电机绕组电流。直接测量是最准确的方法，但脉冲调制 （PWM） 信号的高振荡使实现具有挑战性。PWM 抑制技术可以在不牺牲测量精度的情况下提高发动机效率并降低最小占空比。

运动感应

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

有效的电流检测对于电动助力转向、自动换档、变速器控制、发动机燃油喷射控制和主动悬架等汽车控制系统至关重要。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以提供自动化控制。对于自动化控制应用，测量电流意味着了解电机的速度和方向。

与电源模块的接口允许控制模块调节电机中的电流量。电机电流通常通过使用 H 桥电路提供调制幅度电压 （PWM） 来控制（图 1）。电机带有感性负载；因此，扭矩是通过计算产生的纹波电流的平均值来确定的。

图 1：H 桥电路确定电机方向和速度。

在电机控制电路中测量电流有两个主要原因：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出范围的操作条件。该电路可以识别失速状况或电机故障，并允许系统采取行动防止潜在损坏。

在线电流感应提供更快的响应和更高的精度，从而提高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 共模信号给电流检测放大器带来了挑战。因此，最大限度地提高发动机控制系统的性能需要选择一个电流检测放大器，以最大限度地减少 PWM 信号的影响。

电流测量

电动开关无刷直流电机 （BLDC） 的拓扑提供四种汽车运行模式来监控电流：高侧直流链路检测、低侧直流链路检测、低侧相位检测和串联相位检测（图 2） ）。

图 2：BLDC 电机中的电流测量

低侧相位检测可以更容易地确定电机的相电流，但它不是一种精确的方法。它可能会引入与相电流相关的误差。低侧相位检测还引入了与系统接地相关的电机质量变化。由于敏感元件的位置，与高侧和低侧直流链路保护相比，此实施中的故障检测受到限制。

通过驱动器的电流拓扑需要使用具有高响应速度的放大器来响应每个部分中监控的电流的动态行为。在许多情况下，只测量两个相位，而在控制器中计算第三个相位。

主要挑战是共模电压是 PWM 信号，除非启用适当的 PWM 抑制电路，否则会导致输出信号中断。这导致对电流检测放大器的要求更加严格，它必须具有出色的直流和交流共模抑制比 （CMRR） 以及高直流精度（低输入失调电压）。一些设备测量沿一个方向流动的电流。双向放大器测量流经检测电阻器的两个方向的电流。

电流感应放大器

MAX40056 是一款高精度、高电压、双向放大器，适用于 PWM 应用，例如伺服电机控制和螺线管操作。MAX40056 具有 PWM 抑制电路，是电机控制应用中高压电流检测的高效新解决方案。工程师可以通过减少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

审核编辑：郭婷