當(dāng)今的汽車——不僅是混合動力汽車和電動汽車，還有那些只使用汽油或柴油燃料的汽車——越來越依賴于電子設(shè)備。在這些汽車系統(tǒng)中，電流監(jiān)控對于確保長期性能和可靠性至關(guān)重要。電流檢測對于正確的電機控制和電池監(jiān)控至關(guān)重要。自動駕駛汽車等復(fù)雜且高度敏感的系統(tǒng)需要極其準(zhǔn)確的檢測反饋，以確保必要的功能和安全性。

對于電動動力系統(tǒng)，一切都圍繞著電氣測試展開。關(guān)鍵參數(shù)與電力電子相關(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、逆變器和轉(zhuǎn)換器的熱管理以及電源再生調(diào)節(jié)。其他參數(shù)包括發(fā)動機/發(fā)電機相角和片材幾何形狀、磁鐵位置和流線。

電機控制系統(tǒng)需要精確測量電機繞組電流。直接測量是最準(zhǔn)確的方法，但脈沖調(diào)制 （PWM） 信號的高振蕩使實現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性。PWM 抑制技術(shù)可以在不犧牲測量精度的情況下提高發(fā)動機效率并降低最小占空比。

運動感應(yīng)

電流測量可在各種應(yīng)用中提供信息。例如，在低功耗消費電子產(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)控電源電流以了解對電池壽命的影響。

有效的電流檢測對于電動助力轉(zhuǎn)向、自動換檔、變速器控制、發(fā)動機燃油噴射控制和主動懸架等汽車控制系統(tǒng)至關(guān)重要。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)以提供自動化控制。對于自動化控制應(yīng)用，測量電流意味著了解電機的速度和方向。

與電源模塊的接口允許控制模塊調(diào)節(jié)電機中的電流量。電機電流通常通過使用 H 橋電路提供調(diào)制幅度電壓 （PWM） 來控制（圖 1）。電機帶有感性負載；因此，扭矩是通過計算產(chǎn)生的紋波電流的平均值來確定的。

圖 1：H 橋電路確定電機方向和速度。

在電機控制電路中測量電流有兩個主要原因：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)故障的超出范圍的操作條件。該電路可以識別失速狀況或電機故障，并允許系統(tǒng)采取行動防止?jié)撛趽p壞。

在線電流感應(yīng)提供更快的響應(yīng)和更高的精度，從而提高發(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 共模信號給電流檢測放大器帶來了挑戰(zhàn)。因此，最大限度地提高發(fā)動機控制系統(tǒng)的性能需要選擇一個電流檢測放大器，以最大限度地減少 PWM 信號的影響。

電流測量

電動開關(guān)無刷直流電機 （BLDC） 的拓撲提供四種汽車運行模式來監(jiān)控電流：高側(cè)直流鏈路檢測、低側(cè)直流鏈路檢測、低側(cè)相位檢測和串聯(lián)相位檢測（圖 2） ）。

圖 2：BLDC 電機中的電流測量

低側(cè)相位檢測可以更容易地確定電機的相電流，但它不是一種精確的方法。它可能會引入與相電流相關(guān)的誤差。低側(cè)相位檢測還引入了與系統(tǒng)接地相關(guān)的電機質(zhì)量變化。由于敏感元件的位置，與高側(cè)和低側(cè)直流鏈路保護相比，此實施中的故障檢測受到限制。

通過驅(qū)動器的電流拓撲需要使用具有高響應(yīng)速度的放大器來響應(yīng)每個部分中監(jiān)控的電流的動態(tài)行為。在許多情況下，只測量兩個相位，而在控制器中計算第三個相位。

主要挑戰(zhàn)是共模電壓是 PWM 信號，除非啟用適當(dāng)?shù)?PWM 抑制電路，否則會導(dǎo)致輸出信號中斷。這導(dǎo)致對電流檢測放大器的要求更加嚴(yán)格，它必須具有出色的直流和交流共模抑制比 （CMRR） 以及高直流精度（低輸入失調(diào)電壓）。一些設(shè)備測量沿一個方向流動的電流。雙向放大器測量流經(jīng)檢測電阻器的兩個方向的電流。

電流感應(yīng)放大器

MAX40056 是一款高精度、高電壓、雙向放大器，適用于 PWM 應(yīng)用，例如伺服電機控制和螺線管操作。MAX40056 具有 PWM 抑制電路，是電機控制應(yīng)用中高壓電流檢測的高效新解決方案。工程師可以通過減少發(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

審核編輯：郭婷