• 白色家電

• 工業(yè)驅(qū)動(dòng)器

• 自動(dòng)化

• 汽車(chē) 應(yīng)用

 

在工作電壓較高且具有較高功率的系統(tǒng)中尤其如此。對(duì)于確保電機(jī)以峰值效率和性能運(yùn)行而言，反饋到控制算法中的電機(jī)運(yùn)行特性至關(guān)重要。相電流是系統(tǒng)控制器使用的這些重要診斷反饋要素（用于實(shí)現(xiàn)最佳的電機(jī)性能）之一。

 

由于測(cè)量信號(hào)具有連續(xù)性并與相電流直接相關(guān)，因此測(cè)量電機(jī)電流的理想位置應(yīng)直接與每個(gè)相位保持一致，如圖 1 所示。在其他位置（如每個(gè)相位的低側(cè)）測(cè)量電流需要首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組合和處理，以便控制算法使用有意義的數(shù)據(jù)。

 

圖 1. 直列式電流感應(yīng)

 

電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路可生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行。這些調(diào)制信號(hào)使與每個(gè)電機(jī)相位一致的測(cè)量電路經(jīng)受很大的電壓瞬變，這些瞬變每個(gè)周期在正負(fù)電源軌之間切換。理想的電流傳感器能夠完全抑制測(cè)量的共模電壓分量，并且僅測(cè)量相關(guān)的電流。TMCS1100 等

封裝內(nèi)磁性電流傳感器使相電流流經(jīng)封裝引線框，從而產(chǎn)生內(nèi)部磁場(chǎng)。然后，電隔離傳感器測(cè)量磁場(chǎng)，從而在傳感器 IC 和隔離的相電流之間沒(méi)有任何直接電氣連接的情況下提供電流測(cè)量。通過(guò)僅測(cè)量磁場(chǎng)，該傳感器可隔離高共模電壓，并提供出色的抗 PWM 開(kāi)關(guān)瞬態(tài)性能。這可以實(shí)現(xiàn)出色的電機(jī)相電流測(cè)量，而不會(huì)由于較大的 PWM 驅(qū)動(dòng)輸入電壓階躍而在傳感器輸出端產(chǎn)生不必要的干擾。圖 2 顯示了經(jīng)過(guò) RC 濾波的 TMCS1100輸出波形，以及電機(jī)相電壓和電流波形。只能觀察到由于測(cè)量寄生效應(yīng)引起的微小 PWM 耦合，TMCS1100 輸出跟蹤電機(jī)相電流，而沒(méi)有 300V 開(kāi)關(guān)事件引起的明顯輸出瞬態(tài)。

 

圖 2. 具有高瞬態(tài)抗擾度的電機(jī)相電流測(cè)量

 

封裝內(nèi)磁性電流傳感器的獨(dú)特特性消除了測(cè)量電機(jī)相電流的替代解決方案所面臨的許多挑戰(zhàn)。固有的電隔離提供了承受高電壓的能力，并且輸出的高瞬態(tài)抗擾度降低了由于開(kāi)關(guān)事件引起的輸出噪聲。沒(méi)有該抗擾性的電流感應(yīng)實(shí)現(xiàn)需要更高的帶寬，以縮短輸出干擾的建立時(shí)間；磁性傳感器可以使用較低帶寬的信號(hào)鏈，而不犧牲瞬態(tài)抗擾性。由于不需要外部電阻分流器、無(wú)源濾波或相對(duì)于高電壓輸入的隔離電源，因此封裝內(nèi)磁性電流傳感器還可以降低總體解決方案成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

 

對(duì)于 相電流 測(cè)量可提供過(guò)電流保護(hù)或診斷的應(yīng)用，磁性電流傳感器的高瞬態(tài)抑制可防止由于輸出干擾而引起的錯(cuò)誤過(guò)流指示。在使用閉環(huán)電機(jī)控制算法的電機(jī)系統(tǒng)中，需要進(jìn)行精確的相電流測(cè)量以?xún)?yōu)化電機(jī)性能。過(guò)去，基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器具有很大的溫度、壽命和遲滯誤差，這些誤差會(huì)降低電機(jī)效率、動(dòng)態(tài)響應(yīng)并引起非理想的誤差（如轉(zhuǎn)矩波動(dòng)）。常見(jiàn)的系統(tǒng)級(jí)校準(zhǔn)技術(shù)可以提高室溫下的精度，但是說(shuō)明參數(shù)（如靈敏度和失調(diào)電壓）中的溫度漂移是具有挑戰(zhàn)性的。

 

德州儀器 (TI) 的磁性電流感應(yīng)產(chǎn)品通過(guò)采用已獲專(zhuān)利的線性化技術(shù)和零漂移架構(gòu)（可在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供穩(wěn)定、精確的電流測(cè)量）來(lái)提高系統(tǒng)級(jí)性能。高精度傳感器嚴(yán)格控制相間電流測(cè)量誤差，從而保持精確的反饋控制并提供無(wú)縫的用戶體驗(yàn)。

 

圖 3. 在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的 TMCS1100 典型靈敏度誤差

 

TMCS1100 在 室溫下 具有小于 0.3% 的典型靈敏度誤差，在 –40°C 至 125°C 的整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有小于0.85% 的最大靈敏度誤差。如圖 3 所示，這種在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性通過(guò)最大程度地減小傳感器的溫度漂移提供了出色的相間匹配。除高靈敏度精度之外，該器件還具有小于 2mV 的輸出溫漂（如圖 4 所示），這極大地提高了測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，并且即使在輕負(fù)載下也可以進(jìn)行精確的反饋控制。

 

圖 4. 在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的 TMCS1100 典型輸出失調(diào)電壓

 

高靈敏度穩(wěn)定性和低失調(diào)電壓相結(jié)合，形成了業(yè)界領(lǐng)先的隔離式電流感應(yīng)解決方案，此解決方案在該器件的整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有小于 1% 的總誤差。600V 的工作電壓和 3kV 的隔離柵使該器件能夠應(yīng)用于各種高電壓系統(tǒng)。TMCS1100 將測(cè)量溫度穩(wěn)定性、電隔離和瞬態(tài)PWM 輸入抑制功能結(jié)合在一起， 是需要精確且可靠的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制性能的 PWM 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用（如電機(jī)相電流測(cè)量）的理想之選。

 

表 1. 備選器件建議

 

表 2. 相關(guān) TI 技術(shù)手冊(cè)

 

 

推薦閱讀：