电机控制设计中少即是多

汽车在整个车辆框架中都位于低压直流电机中。在创建汽车 BLDC 电机系统时，主要控制挑战是测量电机的位置和扭矩。该设计解决方案定义了直流电机信号动态和新型有效的高PWM抑制电流检测放大器（CSA），该放大器具有快速建立时间精度，以补充更快的电机控制算法。

介绍

直流电机在工业和汽车产品中比比皆是。这 汽车在低压直流电机中贯穿始终 车辆的框架。例如，直流电机提供 自适应大灯、动力转向、巡航控制、天窗、 雨刮器和后视镜调节功能。

直流电机产生一个移动磁场，该磁场使用 相位驱动架构，进而产生扭矩。 在创建汽车直流电机系统时，主要 控制挑战是测量位置和扭矩。

人们可以通过独立测量来捕获这些事件 三个电感绕组电流中的每一个都带有单独的 电流检测放大器 （CSA）。这种三绕组传感 解决方案需要独立的 CSA 来产生快速稳定 时间和均等抑制脉宽调制 （PWM） 信号。此外，微控制器的算法计算 瞬时绕组电流，同时获取PWM脉冲 考虑相位或占空比。

获得远程信息处理信息非常困难 直流电机。此设计解决方案定义直流电机信号 动态包括PWM信号快速压摆率，测量 稳定时间，以及提高精度的新型有效 CSA 具有快速建立时间和高PWM抑制，通过简化 整个系统。

脉宽调制信号特性

电子直流电机的运动，如精密 步进电机，需要PWM电压或转换电流 电机绕组的信号。该电压信号产生 排斥或吸引磁电机的磁场 导致电机旋转的定子。

PWM 电压信号为绕组供电至 产生磁场。该磁场与 磁铁以产生电机的圆周反应。

PWM电压信号的实现（图3） 以不同的频率和负载控制电机速度 周期。

图3.PWM电压信号（I负荷） 占空比为 50% 和 5%。

在图 3 中，频率等于 1 除以 信号高和低时间的总和。高精度 电机应用，确定电机速度至关重要。一个 5% 占空比平均较小的磁场，因此 电机速度较慢。

检测电机 PWM 电流 （I负荷）

检测PWM信号的一种快速方法是放置一个 小值直插式 PCB 电阻器 （R意义） 并使用 CSA 来检测 这个小电阻两端的压降（图 4）。

图4.带有开尔文感应 PCB 电阻器的 CSA。

图 4 显示了开尔文检测迹线到 CSA的输入，然后输入逐次逼近寄存器 模数转换器或SAR-ADC。

开尔文感迹线应尽可能接近 检流电阻器的焊接触点焊盘。范围 R意义取决于 I 的最大星等负荷、CSA 的电压增益（增益）和 CSA 的输出电压范围。关键的 CSA 性能规范是 放大器建立时间和关键的SAR-ADC性能 规格是获得输出所需的时间 CSA 或采集时间的信号。

电机控制系统

该电机控制系统的正确配置是 有 R 对意义和所有三种电流检测中的 CSA 行（图5）。

图5.三相伺服电机中的电流检测。

在图5中，三对功率FET，由 微控制器，产生负载电流（I负荷） 到电机 绕组。所有三个 CSA 器件都连接到一个 ADC。这些 转换器将其转换数据发送到微控制器 确定相位和幅度，然后完成 反馈环路回到功率 FET。

PWM 共模电压

高速电机应用需要快速上升和下降 PWM 电压信号。图6显示了输出波形 来自两个不同的 CSA，当呈现共模时 输入三角形 50V 步进。

图6.PWM 阶跃输入的共模阶跃抑制，步进输入上升/下降时间为 500V/μs。

在图6中，CSA的共模输入电压变化 大约为 50V，上升和下降时间为 500V/μs。这 两条底部曲线表现出两种不同 CSA。蓝色数据线中的最大扰动为 约50mV。红色数据线的中断是 约600mV。

高速、低成本电机控制系统

该系统的关键时刻是 CSA、SAR-ADC的采集速度和三的成本 CSA 系统。图7所示为解决这些问题的电路。

图7.通过感应两个支腿在三相伺服电机中进行经济电流检测。

对两个 CSA 的输出求和，如图 7 所示， 产生代表第三个绕组电流的电压。 根据基尔霍夫定律，第三个绕组电流等于总和 另外两个绕组电流。简单的运算放大器求和 电路足以产生与 第三个绕组电流。

该电路提供所有三个的瞬时绕组电流 无需进一步计算或了解PWM的相位 脉冲相位或占空比，减少电路数量 CSA 从三个增加到两个。

结论

汽车行业对低压直流的普遍使用 电机是一项艰巨的测量挑战。一 找到每个位置和扭矩的经济方法 电机需要一个新的解决方案来解决这个古老的问题。MAX40056F采用改进的设计技术，可快速 向控制器提供输出信号。较低的沉降率 时间为高速电机系统提供结果和 使第三个 CSA 变得不必要。这种新的设计架构 提供出色的性能而不会破坏银行。

审核编辑：郭婷