无传感器无刷直流 (BLDC) 电机系统中的电流检测
发布日期:2023-09-19
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Other Parts Discussed in Thread: DRV8313, DRV8316
您是否曾设计、开发、使用或只是摆弄过任何无传感器无刷直流 (BLDC) 电机控制系统？如果是这样，您可能已经知道持续准确地了解电机绕组电流的重要性。电机旋转运行可分为不同的状态，首先是初始位置检测或对齐，然后是开环状态、闭环状态、电机停止状态。在所有状态期间，控制器会不断查看电机的电流和电压反馈，以确定要应用到电机的下一个相位信号。控制器还使用电流反馈来检测故障条件并作出相应的反应，从而使电机系统稳定可靠。 我们可以说，电流检测是任何无传感器电机控制运行的核心和灵魂。
图 1：无传感器 BLDC 电机系统的典型控制环路
电流检测可通过两种主要架构来完成：
1.传统方法 – 外部电阻器电流检测：通过添加一个与电机相位串联的电阻器（也称为直列式电流检测），或在低侧 FET 源极下添加一个电阻器（也称为基于低侧分流电阻的电流检测），可实现这种类型的电流检测。在这两种情况下，使用电压放大器测量电阻器两端的压降，然后使用 ADC（用于电机换向）或比较器（用于监测）反馈至控制器。在三相 BLDC 电机系统中，您通常需要三个这样的电阻器来测量每个绕组中的电流。您可以使用两个检测电阻来测量两个绕组电流，然后计算控制器内第三个绕组中的电流。通过合并所有三个检测电阻并仅测量一个总电流，可减少电阻器数量，但会限制您可以在系统中使用的控制技术类型。这些电阻器需要是功率电阻器，能够处理满载电机电流。电阻器还将有一些显著的功率损耗，从而在电路板上产生热点。
图 2：基于低侧分流电阻的电流检测架构
在使用单个分流电阻器测量电机总电流的 DRV8313 参考设计示例中，电阻器尺寸为 3.05mm x 1.55mm。与电路板上的其他元件相比，单个分流电阻器的占用空间是三相集成电机驱动器 DRV8313 占用空间的 13%。如要使用三个电阻器来测量所有绕组电流，那么电阻器会占用电路板上总驱动器面积的 50%！
图 3：DRV8313 参考设计电路板
2.一种新方法 – 集成电流检测：在具有集成电流检测功能的器件中，在电机（集成 FET）驱动器内部检测电流。在此架构中，功率 FET 中的电流将复制到较小的 FET 并在向电机控制器提供反馈之前传递至放大器，从而检测绕组电流。此技术无需在电路板上使用任何电流检测元件（因此节省了相当多的布板空间！）。另一个好处是消除了系统中的一个热耗散和功率损耗源。因此，这种方法使整个系统变得更小且发热更少。您可参阅DRV8316 EVM 设计示例，该设计的电路板上没有大型电阻器，因此比任何外部电流检测类设计尺寸更小。
图 4：DRV8316 EVM 电路板
在此常见问题解答的下一部分中，我们将讨论采用这两种架构的系统参数，例如电流检测的传递函数和精度。请持续关注，了解无传感器 BLDC 电机系统中的电流检测
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