作者：Maurizio Di Paolo Emilio

當今的汽車-不僅是混合動力汽車和電動汽車，而且還包括僅使用汽油或柴油燃料的汽車-越來越依賴于電子產(chǎn)品。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動機控制和電池監(jiān)控至關(guān)重要。復雜和高度敏感的系統(tǒng)（例如自動駕駛汽車）需要極其精確的檢測反饋，以確保提供必要的功能和安全性。

對于電動動力總成，一切都圍繞著電氣測試。關(guān)鍵參數(shù)與電力電子設(shè)備有關(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)換器的熱管理以及功率再生的調(diào)節(jié)。其他參數(shù)包括發(fā)動機/發(fā)電機相角和薄板幾何形狀，磁體位置和流線。

電動機控制系統(tǒng)需要精確測量電動機繞組電流。直接測量是最準確的方法，但是帶調(diào)制的脈沖（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。

電機感應(yīng)

電流測量可提供各種應(yīng)用程序中的信息。例如，在低功耗消費類電子產(chǎn)品中，除了能夠在過流保護電路中做出與安全相關(guān)的決定外，還可以監(jiān)控電源電流以了解對電池壽命的影響。

有效的電流感應(yīng)對于汽車控制系統(tǒng)至關(guān)重要，例如電動助力轉(zhuǎn)向，自動變速，變速箱控制，發(fā)動機燃油噴射控制和主動懸架。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，測量電流意味著知道電動機的速度和方向。

與電源模塊的接口允許控制模塊調(diào)節(jié)電動機中的電流量。電機電流通常通過使用H橋電路（圖1）提供調(diào)制幅度電壓（PWM）來控制。電機有感性負載；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橋電路確定電動機的方向和速度。
（圖片：Maxim Integrated）

在電機控制電路中測量電流的原因主要有兩個：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)故障的超范圍工作條件。該電路可以識別失速情況或電動機故障，并允許系統(tǒng)采取措施以防止?jié)撛诘膿p壞。

在線電流感測提供更快的響應(yīng)和更高的精度，從而提高了發(fā)動機控制系統(tǒng)的效率。它產(chǎn)生不需要進一步處理的相電流的連續(xù)比例信號。但是，PWM共模信號給電流感測放大器帶來了挑戰(zhàn)。因此，要使發(fā)動機控制系統(tǒng)的性能最大化，就需要選擇一個電流感應(yīng)放大器，以最大程度地減小PWM信號的影響。

當前測量

電動無刷直流電動機（BLDC）的拓撲結(jié)構(gòu)提供了四種用于監(jiān)視電流的汽車運行模式：高端直流鏈路檢測，低端直流鏈路檢測，低端相位檢測和在線相位檢測（圖2） ）。

圖2：BLDC電機中的電流測量結(jié)果（圖片：Maxim Integrated）

低側(cè)相位檢測可以更輕松地確定電動機的相電流，但這不是一種精確的方法。它可能會引入與相電流有關(guān)的誤差。低側(cè)相位檢測還會引起與系統(tǒng)接地有關(guān)的電動機質(zhì)量變化。由于敏感元件的位置，與高側(cè)和低側(cè)直流母線保護相比，此實施方式中的故障檢測受到限制。
通過驅(qū)動器的電流的拓撲要求使用具有高響應(yīng)速度的放大器來響應(yīng)在每個部分中監(jiān)視的電流的動態(tài)行為。在許多情況下，僅測量兩個階段，而在控制器中計算出第三階段。

主要挑戰(zhàn)在于，共模電壓是PWM信號，除非啟用了適當?shù)腜WM抑制電路，否則會導致輸出信號中斷。這導致對電流感測放大器的要求更加嚴格，該電流感測放大器必須具有出色的DC和AC共模抑制比（CMRR）以及高DC精度（低輸入失調(diào)電壓）。一些設(shè)備測量在一個方向上流動的電流。雙向放大器測量在兩個方向上流過檢測電阻器的電流。

電流感測放大器

MAX40056是高精度，高壓，雙向放大器，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型解決方案。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，從而改善控制算法。

圖3：MAX40056的框圖（圖片：Maxim Integrated）

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