隔离式电流分流和电压测量套件

　　系统描述

　　1.1 变频器中的测量简介全世界政府法规正不断呼吁采用效率更高的工业电机驱动，因为工业电机驱动的能耗在当今总能耗中占有相当大的比例。 要提高效率，就需要根据系统的实际需求对转矩和转子速度进行优化，而提高电机电流和电压测量精度可以在一定程度上实现这一目标。电流测量是所有逆变器驱动的应用所固有的部分。

　　对于电气驱动系统中的速度和转矩控制，必须捕捉转换器输出电流才能执行脉宽调制（PWM） 模式在线计算。

　　电流环路稳压器通常在 1kHz 至 8kHz 之间工作。 用于此控制环路的信号必须包含从10kHz 至40kHz 的信息，所需分辨率为12 至16 位。为提高可靠性并降低驱动成本，人们已付出巨大努力消除大部分高性能感应电机驱动应用中的转轴速度或位置传感器。

　　感应电机驱动的转子速度估算器采用定子电压和电流测量结果并结合电机参数进行估算。 感应电机磁场定向控制器的动态性能主要取决于模型参数精度，该性能也取决于测量精度。电机控制与电网应用都采用旋转参考系在所谓的 d–q 旋转坐标系下对电流进行控制。 对 d 轴和 q 轴电流进行调节时，至少需要两相电流测量结果。

　　电流分量变为准直流，控制简化为对带宽的最低要求。 若提高电流和电压测量精度，可以降低电机转轴中的转矩纹波，从而提高电机驱动的性能。使用 Δ-Σ 调制技术测量电流和电压，已然成为一项业内广泛推动的发展趋势。 促成这一转变的主要原因是，Δ-Σ 调制技术能够降低系统总体成本，同时还能够提高性能。霍尔效应传感器具备重要的电气隔离性能，因此，业内一直采用这种传感器执行电流和电压测量。

　　霍尔效应传感器现在可由分流电阻和隔离型 Δ-Σ 调制器代替，这是一种精度更高、成本更低的方案，而且能够直接测量电流和电压。 Δ-Σ 调制器可将模拟输入信号转换为具有带外噪声的单位高频流。 将量化噪声移至更高频段的优势在于，可以简化抗混叠滤波，可以消除驱动器与滤波器的成本从而实现低成本解决方案，而且可以实现可扩展的性能。

　　TI 最新的隔离型 Δ-Σ 调制器 AMC130x 专为直接连接分流电阻而设计，并具有电流隔离栅。 AMC130x 器件一款增强隔离型二阶 Δ-Σ 调制器，非常适用于电机控制。 它具有两种变体，分别采用 50mV 和 250mV 输入。 50mV 变体用于测量电流，而 250mV 变体用于测量电压。 由于 50mV 的输入电压较低，因此能够显著降低分流电阻的功耗。 图 1 和图 2 显示了新方案的方框图。