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在工作電壓較高且具有較高功率的系統(tǒng)中尤其如此。對于確保電機(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。

 

由于測量信號具有連續(xù)性并與相電流直接相關(guān)，因此測量電機(jī)電流的理想位置應(yīng)直接與每個相位保持一致，如圖 1 所示。在其他位置（如每個相位的低側(cè)）測量電流需要首先對數(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)動電路可生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號來控制電機(jī)的運(yùn)行。這些調(diào)制信號使與每個電機(jī)相位一致的測量電路經(jīng)受很大的電壓瞬變，這些瞬變每個周期在正負(fù)電源軌之間切換。理想的電流傳感器能夠完全抑制測量的共模電壓分量，并且僅測量相關(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。然后，電隔離傳感器測量磁場，從而在傳感器 IC 和隔離的相電流之間沒有任何直接電氣連接的情況下提供電流測量。通過僅測量磁場，該傳感器可隔離高共模電壓，并提供出色的抗 PWM 開關(guān)瞬態(tài)性能。這可以實(shí)現(xiàn)出色的電機(jī)相電流測量，而不會由于較大的 PWM 驅(qū)動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 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，而沒有 300V 開關(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)相電流測量

 

封裝內(nèi)磁性電流傳感器的獨(dú)特特性消除了測量電機(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關(guān)事件引起的輸出噪聲。沒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間；磁性傳感器可以使用較低帶寬的信號鏈，而不犧牲瞬態(tài)抗擾性。由于不需要外部電阻分流器、無源濾波或相對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)計復(fù)雜性。

 

對于 相電流 測量可提供過電流保護(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誤過流指示。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)行精確的相電流測量以優(yōu)化電機(jī)性能。過去，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，這些誤差會降低電機(jī)效率、動態(tài)響應(yīng)并引起非理想的誤差（如轉(zhuǎn)矩波動）。常見的系統(tǒng)級校準(zhǔn)技術(shù)可以提高室溫下的精度，但是說明參數(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)品通過采用已獲專利的線性化技術(shù)和零漂移架構(gòu)（可在整個溫度范圍內(nèi)提供穩(wěn)定、精確的電流測量）來提高系統(tǒng)級性能。高精度傳感器嚴(yán)格控制相間電流測量誤差，從而保持精確的反饋控制并提供無縫的用戶體驗(yàn)。

 

圖 3. 在整個溫度范圍內(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，這種在整個溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性通過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），這極大地提高了測量動態(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量來實(shí)現(xiàn)精確控制性能的 PWM 驅(qū)動應(yīng)用（如電機(jī)相電流測量）的理想之選。

 

表 1. 備選器件建議

 

表 2. 相關(guān) TI 技術(shù)手冊

 

 

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