隔離式電流分流和電壓測量套件

　　系統(tǒng)描述

　　1.1 變頻器中的測量簡介全世界政府法規(guī)正不斷呼吁采用效率更高的工業(yè)電機驅(qū)動，因為工業(yè)電機驅(qū)動的能耗在當今總能耗中占有相當大的比例。 要提高效率，就需要根據(jù)系統(tǒng)的實際需求對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子速度進行優(yōu)化，而提高電機電流和電壓測量精度可以在一定程度上實現(xiàn)這一目標。電流測量是所有逆變器驅(qū)動的應用所固有的部分。

　　對于電氣驅(qū)動系統(tǒng)中的速度和轉(zhuǎn)矩控制，必須捕捉轉(zhuǎn)換器輸出電流才能執(zhí)行脈寬調(diào)制（PWM） 模式在線計算。

　　電流環(huán)路穩(wěn)壓器通常在 1kHz 至 8kHz 之間工作。 用于此控制環(huán)路的信號必須包含從10kHz 至40kHz 的信息，所需分辨率為12 至16 位。為提高可靠性并降低驅(qū)動成本，人們已付出巨大努力消除大部分高性能感應電機驅(qū)動應用中的轉(zhuǎn)軸速度或位置傳感器。

　　感應電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)子速度估算器采用定子電壓和電流測量結(jié)果并結(jié)合電機參數(shù)進行估算。 感應電機磁場定向控制器的動態(tài)性能主要取決于模型參數(shù)精度，該性能也取決于測量精度。電機控制與電網(wǎng)應用都采用旋轉(zhuǎn)參考系在所謂的 d–q 旋轉(zhuǎn)坐標系下對電流進行控制。 對 d 軸和 q 軸電流進行調(diào)節(jié)時，至少需要兩相電流測量結(jié)果。

　　電流分量變?yōu)闇手绷?，控制簡化為對帶寬的最低要求?若提高電流和電壓測量精度，可以降低電機轉(zhuǎn)軸中的轉(zhuǎn)矩紋波，從而提高電機驅(qū)動的性能。使用 Δ-Σ 調(diào)制技術(shù)測量電流和電壓，已然成為一項業(yè)內(nèi)廣泛推動的發(fā)展趨勢。 促成這一轉(zhuǎn)變的主要原因是，Δ-Σ 調(diào)制技術(shù)能夠降低系統(tǒng)總體成本，同時還能夠提高性能?；魻栃獋鞲衅骶邆渲匾碾姎飧綦x性能，因此，業(yè)內(nèi)一直采用這種傳感器執(zhí)行電流和電壓測量。

　　霍爾效應傳感器現(xiàn)在可由分流電阻和隔離型 Δ-Σ 調(diào)制器代替，這是一種精度更高、成本更低的方案，而且能夠直接測量電流和電壓。 Δ-Σ 調(diào)制器可將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為具有帶外噪聲的單位高頻流。 將量化噪聲移至更高頻段的優(yōu)勢在于，可以簡化抗混疊濾波，可以消除驅(qū)動器與濾波器的成本從而實現(xiàn)低成本解決方案，而且可以實現(xiàn)可擴展的性能。

　　TI 最新的隔離型 Δ-Σ 調(diào)制器 AMC130x 專為直接連接分流電阻而設計，并具有電流隔離柵。 AMC130x 器件一款增強隔離型二階 Δ-Σ 調(diào)制器，非常適用于電機控制。 它具有兩種變體，分別采用 50mV 和 250mV 輸入。 50mV 變體用于測量電流，而 250mV 變體用于測量電壓。 由于 50mV 的輸入電壓較低，因此能夠顯著降低分流電阻的功耗。 圖 1 和圖 2 顯示了新方案的方框圖。