汽車在整個(gè)車輛框架中都位于低壓直流電機(jī)中。在創(chuàng)建汽車 BLDC 電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，主要控制挑戰(zhàn)是測(cè)量電機(jī)的位置和扭矩。該設(shè)計(jì)解決方案定義了直流電機(jī)信號(hào)動(dòng)態(tài)和新型有效的高PWM抑制電流檢測(cè)放大器（CSA），該放大器具有快速建立時(shí)間精度，以補(bǔ)充更快的電機(jī)控制算法。

介紹

直流電機(jī)在工業(yè)和汽車產(chǎn)品中比比皆是。這 汽車在低壓直流電機(jī)中貫穿始終 車輛的框架。例如，直流電機(jī)提供 自適應(yīng)大燈、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、巡航控制、天窗、 雨刮器和后視鏡調(diào)節(jié)功能。

直流電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使用 相位驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，進(jìn)而產(chǎn)生扭矩。 在創(chuàng)建汽車直流電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，主要 控制挑戰(zhàn)是測(cè)量位置和扭矩。

人們可以通過獨(dú)立測(cè)量來捕獲這些事件 三個(gè)電感繞組電流中的每一個(gè)都帶有單獨(dú)的 電流檢測(cè)放大器 （CSA）。這種三繞組傳感 解決方案需要獨(dú)立的 CSA 來產(chǎn)生快速穩(wěn)定 時(shí)間和均等抑制脈寬調(diào)制 （PWM） 信號(hào)。此外，微控制器的算法計(jì)算 瞬時(shí)繞組電流，同時(shí)獲取PWM脈沖 考慮相位或占空比。

獲得遠(yuǎn)程信息處理信息非常困難 直流電機(jī)。此設(shè)計(jì)解決方案定義直流電機(jī)信號(hào) 動(dòng)態(tài)包括PWM信號(hào)快速壓擺率，測(cè)量 穩(wěn)定時(shí)間，以及提高精度的新型有效 CSA 具有快速建立時(shí)間和高PWM抑制，通過簡(jiǎn)化 整個(gè)系統(tǒng)。

脈寬調(diào)制信號(hào)特性

電子直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，如精密 步進(jìn)電機(jī)，需要PWM電壓或轉(zhuǎn)換電流 電機(jī)繞組的信號(hào)。該電壓信號(hào)產(chǎn)生 排斥或吸引磁電機(jī)的磁場(chǎng) 導(dǎo)致電機(jī)旋轉(zhuǎn)的定子。

PWM 電壓信號(hào)為繞組供電至 產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與 磁鐵以產(chǎn)生電機(jī)的圓周反應(yīng)。

PWM電壓信號(hào)的實(shí)現(xiàn)（圖3） 以不同的頻率和負(fù)載控制電機(jī)速度 周期。

圖3.PWM電壓信號(hào)（I負(fù)荷） 占空比為 50% 和 5%。

在圖 3 中，頻率等于 1 除以 信號(hào)高和低時(shí)間的總和。高精度 電機(jī)應(yīng)用，確定電機(jī)速度至關(guān)重要。一個(gè) 5% 占空比平均較小的磁場(chǎng)，因此 電機(jī)速度較慢。

檢測(cè)電機(jī) PWM 電流 （I負(fù)荷）

檢測(cè)PWM信號(hào)的一種快速方法是放置一個(gè) 小值直插式 PCB 電阻器 （R意義） 并使用 CSA 來檢測(cè) 這個(gè)小電阻兩端的壓降（圖 4）。

圖4.帶有開爾文感應(yīng) PCB 電阻器的 CSA。

圖 4 顯示了開爾文檢測(cè)跡線到 CSA的輸入，然后輸入逐次逼近寄存器 模數(shù)轉(zhuǎn)換器或SAR-ADC。

開爾文感跡線應(yīng)盡可能接近 檢流電阻器的焊接觸點(diǎn)焊盤。范圍 R意義取決于 I 的最大星等負(fù)荷、CSA 的電壓增益（增益）和 CSA 的輸出電壓范圍。關(guān)鍵的 CSA 性能規(guī)范是 放大器建立時(shí)間和關(guān)鍵的SAR-ADC性能 規(guī)格是獲得輸出所需的時(shí)間 CSA 或采集時(shí)間的信號(hào)。

電機(jī)控制系統(tǒng)

該電機(jī)控制系統(tǒng)的正確配置是 有 R 對(duì)意義和所有三種電流檢測(cè)中的 CSA 行（圖5）。

圖5.三相伺服電機(jī)中的電流檢測(cè)。

在圖5中，三對(duì)功率FET，由 微控制器，產(chǎn)生負(fù)載電流（I負(fù)荷） 到電機(jī) 繞組。所有三個(gè) CSA 器件都連接到一個(gè) ADC。這些 轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)發(fā)送到微控制器 確定相位和幅度，然后完成 反饋環(huán)路回到功率 FET。

PWM 共模電壓

高速電機(jī)應(yīng)用需要快速上升和下降 PWM 電壓信號(hào)。圖6顯示了輸出波形 來自兩個(gè)不同的 CSA，當(dāng)呈現(xiàn)共模時(shí) 輸入三角形 50V 步進(jìn)。

圖6.PWM 階躍輸入的共模階躍抑制，步進(jìn)輸入上升/下降時(shí)間為 500V/μs。

在圖6中，CSA的共模輸入電壓變化 大約為 50V，上升和下降時(shí)間為 500V/μs。這 兩條底部曲線表現(xiàn)出兩種不同 CSA。藍(lán)色數(shù)據(jù)線中的最大擾動(dòng)為 約50mV。紅色數(shù)據(jù)線的中斷是 約600mV。

高速、低成本電機(jī)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的關(guān)鍵時(shí)刻是 CSA、SAR-ADC的采集速度和三的成本 CSA 系統(tǒng)。圖7所示為解決這些問題的電路。

圖7.通過感應(yīng)兩個(gè)支腿在三相伺服電機(jī)中進(jìn)行經(jīng)濟(jì)電流檢測(cè)。

對(duì)兩個(gè) CSA 的輸出求和，如圖 7 所示， 產(chǎn)生代表第三個(gè)繞組電流的電壓。 根據(jù)基爾霍夫定律，第三個(gè)繞組電流等于總和 另外兩個(gè)繞組電流。簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器求和 電路足以產(chǎn)生與 第三個(gè)繞組電流。

該電路提供所有三個(gè)的瞬時(shí)繞組電流 無需進(jìn)一步計(jì)算或了解PWM的相位 脈沖相位或占空比，減少電路數(shù)量 CSA 從三個(gè)增加到兩個(gè)。

結(jié)論

汽車行業(yè)對(duì)低壓直流的普遍使用 電機(jī)是一項(xiàng)艱巨的測(cè)量挑戰(zhàn)。一 找到每個(gè)位置和扭矩的經(jīng)濟(jì)方法 電機(jī)需要一個(gè)新的解決方案來解決這個(gè)古老的問題。MAX40056F采用改進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，可快速 向控制器提供輸出信號(hào)。較低的沉降率 時(shí)間為高速電機(jī)系統(tǒng)提供結(jié)果和 使第三個(gè) CSA 變得不必要。這種新的設(shè)計(jì)架構(gòu) 提供出色的性能而不會(huì)破壞銀行。

審核編輯：郭婷