電機控制和電池監(jiān)測的電流檢測解決方案

如今的汽車——不僅是混合動力和電動汽車，還有那些完全使用汽油或柴油的汽車——越來越依賴電子設(shè)備。在這些汽車系統(tǒng)中，電流監(jiān)測是確保長期性能和可靠性的關(guān)鍵。電流檢測是必不可少的適當?shù)?a target="_blank">電機控制和電池監(jiān)測。復(fù)雜和高度敏感的系統(tǒng)，如自動駕駛汽車，需要非常準確的檢測反饋，以確保必要的功能和安全。

對于電力傳動系統(tǒng)，一切都圍繞著電氣測試。關(guān)鍵參數(shù)與電力電子有關(guān)：開關(guān)頻率、電壓和電流、感應(yīng)和反電動勢（EMF）、電池容量和放電速度、逆變器和變換器的熱管理以及功率再生的調(diào)節(jié)。其他參數(shù)包括發(fā)動機/發(fā)電機的相位角和薄板幾何形狀、磁鐵位置和流線。

電機控制系統(tǒng)要求精確測量電機繞組電流。直接測量是最精確的測量方法，但是脈沖調(diào)制（PWM）信號的高振蕩給實現(xiàn)帶來了挑戰(zhàn)。PWM抑制技術(shù)可以在不犧牲測量精度的前提下提高發(fā)動機效率，降低最小占空比。

汽車傳感

電流測量在各種應(yīng)用中提供信息。例如，在低功耗消費類電子產(chǎn)品中，除了在過流保護電路中啟用關(guān)鍵的安全相關(guān)決策外，還可以監(jiān)視電源電流以了解對電池壽命的影響。

有效的電流感應(yīng)對汽車控制系統(tǒng)是必不可少的，如電力轉(zhuǎn)向、自動換檔、傳動控制、發(fā)動機燃油噴射控制和主動懸架。所有這些功能都需要使用有源和反饋傳感器進行精確的電流調(diào)節(jié)來實現(xiàn)自動控制。對于自動化控制應(yīng)用，測量電流意味著知道電機的速度和方向。

與電源模塊的接口允許控制模塊調(diào)節(jié)電機中的電流。電機電流通常由h橋電路提供調(diào)制幅度電壓（PWM）來控制（圖1）。因此，轉(zhuǎn)矩是通過計算產(chǎn)生的紋波電流的平均值來確定的。

圖1:h橋電路決定電機的方向和速度

電機控制電路中的電流測量主要有兩個原因：故障保護和為電機控制算法提供輸入。過流保護電路用于檢測可能指示系統(tǒng)故障的超量程操作條件。該電路可以識別失速情況或電機故障，并允許系統(tǒng)采取行動，以防止?jié)撛诘膿p害。

在線電流傳感提供了更快的響應(yīng)速度和更高的精度，從而提高了發(fā)動機控制系統(tǒng)的效率。它再現(xiàn)了不需要進一步處理的相電流的連續(xù)比例信號。然而，PWM共模信號對電流傳感放大器提出了挑戰(zhàn)。因此，為了使發(fā)動機控制系統(tǒng)的性能最大化，需要選擇一個電流傳感放大器，使PWM信號的影響最小化。

電流測量

電動開關(guān)無刷直流電機（BLDCs）的拓撲結(jié)構(gòu)提供了四種汽車運行模式來監(jiān)測電流：高側(cè)直流鏈路檢測、低側(cè)直流鏈路檢測、低側(cè)相位檢測和在線相位檢測（圖2）。

圖2：無刷直流電機電流測量

低側(cè)相位檢測使得確定電機的相電流更容易，但不是一種精確的方法。它可能會引入與相電流相關(guān)的錯誤。低側(cè)相位檢測還引入了與系統(tǒng)接地有關(guān)的電機質(zhì)量變化。由于敏感元件的位置，與高、低側(cè)直流鏈路保護相比，故障檢測受到限制。

通過驅(qū)動器的電流的拓撲結(jié)構(gòu)要求使用具有高響應(yīng)速度的放大器來響應(yīng)在每個部分監(jiān)視的電流的動態(tài)行為。在許多情況下，只有兩個階段被測量，第三階段在控制器中計算。

主要的挑戰(zhàn)是共模電壓是PWM信號，如果不啟用適當?shù)腜WM抑制電路，就會導(dǎo)致輸出信號中斷。這就對電流傳感放大器提出了更高的要求，它必須具有良好的直流和交流共模抑制比（CMRR）以及高的直流精度（低輸入偏置電壓）。有些裝置測量流向一個方向的電流，雙向放大器通過感應(yīng)電阻測量兩個方向的電流。

電流敏感放大器

MAX40056是一個高精度、高電壓、雙向放大器PWM應(yīng)用，如伺服電機控制和電磁操作。MAX40056具有PWM抑制電路，是電機控制中高壓電流傳感的一種有效的新解決方案。工程師可以通過降低發(fā)動機低速運行時的振動來提高性能，從而改進控制算法。

圖3:MAX40056的框圖

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