無(wú)傳感器無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)系統(tǒng)中的電流檢測(cè)
發(fā)布日期:2023-09-19
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Other Parts Discussed in Thread: DRV8313, DRV8316
您是否曾設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、使用或只是擺弄過(guò)任何無(wú)傳感器無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)控制系統(tǒng)?如果是這樣,您可能已經(jīng)知道持續(xù)準(zhǔn)確地了解電機(jī)繞組電流的重要性。電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行可分為不同的狀態(tài),首先是初始位置檢測(cè)或?qū)R,然后是開(kāi)環(huán)狀態(tài)、閉環(huán)狀態(tài)、電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)。在所有狀態(tài)期間,控制器會(huì)不斷查看電機(jī)的電流和電壓反饋,以確定要應(yīng)用到電機(jī)的下一個(gè)相位信號(hào)??刂破鬟€使用電流反饋來(lái)檢測(cè)故障條件并作出相應(yīng)的反應(yīng),從而使電機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 我們可以說(shuō),電流檢測(cè)是任何無(wú)傳感器電機(jī)控制運(yùn)行的核心和靈魂。
圖 1:無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)系統(tǒng)的典型控制環(huán)路
電流檢測(cè)可通過(guò)兩種主要架構(gòu)來(lái)完成:
1.傳統(tǒng)方法 – 外部電阻器電流檢測(cè):通過(guò)添加一個(gè)與電機(jī)相位串聯(lián)的電阻器(也稱(chēng)為直列式電流檢測(cè)),或在低側(cè) FET 源極下添加一個(gè)電阻器(也稱(chēng)為基于低側(cè)分流電阻的電流檢測(cè)),可實(shí)現(xiàn)這種類(lèi)型的電流檢測(cè)。在這兩種情況下,使用電壓放大器測(cè)量電阻器兩端的壓降,然后使用 ADC(用于電機(jī)換向)或比較器(用于監(jiān)測(cè))反饋至控制器。在三相 BLDC 電機(jī)系統(tǒng)中,您通常需要三個(gè)這樣的電阻器來(lái)測(cè)量每個(gè)繞組中的電流。您可以使用兩個(gè)檢測(cè)電阻來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)繞組電流,然后計(jì)算控制器內(nèi)第三個(gè)繞組中的電流。通過(guò)合并所有三個(gè)檢測(cè)電阻并僅測(cè)量一個(gè)總電流,可減少電阻器數(shù)量,但會(huì)限制您可以在系統(tǒng)中使用的控制技術(shù)類(lèi)型。這些電阻器需要是功率電阻器,能夠處理滿載電機(jī)電流。電阻器還將有一些顯著的功率損耗,從而在電路板上產(chǎn)生熱點(diǎn)。
圖 2:基于低側(cè)分流電阻的電流檢測(cè)架構(gòu)
在使用單個(gè)分流電阻器測(cè)量電機(jī)總電流的 DRV8313 參考設(shè)計(jì)示例中,電阻器尺寸為 3.05mm x 1.55mm。與電路板上的其他元件相比,單個(gè)分流電阻器的占用空間是三相集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 DRV8313 占用空間的 13%。如要使用三個(gè)電阻器來(lái)測(cè)量所有繞組電流,那么電阻器會(huì)占用電路板上總驅(qū)動(dòng)器面積的 50%!
圖 3:DRV8313 參考設(shè)計(jì)電路板
2.一種新方法 – 集成電流檢測(cè):在具有集成電流檢測(cè)功能的器件中,在電機(jī)(集成 FET)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部檢測(cè)電流。在此架構(gòu)中,功率 FET 中的電流將復(fù)制到較小的 FET 并在向電機(jī)控制器提供反饋之前傳遞至放大器,從而檢測(cè)繞組電流。此技術(shù)無(wú)需在電路板上使用任何電流檢測(cè)元件(因此節(jié)省了相當(dāng)多的布板空間!)。另一個(gè)好處是消除了系統(tǒng)中的一個(gè)熱耗散和功率損耗源。因此,這種方法使整個(gè)系統(tǒng)變得更小且發(fā)熱更少。您可參閱DRV8316 EVM 設(shè)計(jì)示例,該設(shè)計(jì)的電路板上沒(méi)有大型電阻器,因此比任何外部電流檢測(cè)類(lèi)設(shè)計(jì)尺寸更小。
圖 4:DRV8316 EVM 電路板
在此常見(jiàn)問(wèn)題解答的下一部分中,我們將討論采用這兩種架構(gòu)的系統(tǒng)參數(shù),例如電流檢測(cè)的傳遞函數(shù)和精度。請(qǐng)持續(xù)關(guān)注,了解無(wú)傳感器 BLDC 電機(jī)系統(tǒng)中的電流檢測(cè)
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