如今的汽車——不僅是混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車，還有那些完全使用汽油或柴油的汽車——越來越依賴電子設(shè)備。在這些汽車系統(tǒng)中，電流監(jiān)測是確保長期性能和可靠性的關(guān)鍵。電流檢測是必不可少的適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)控制和電池監(jiān)測。復(fù)雜和高度敏感的系統(tǒng)，如自動(dòng)駕駛汽車，要非常準(zhǔn)確的檢測反饋，以確保必要的功能和安全。

關(guān)于電力傳動(dòng)系統(tǒng)，一切都圍繞著電氣測試。關(guān)鍵參數(shù)與電力電子有關(guān):開關(guān)頻率、電壓和電流、感應(yīng)和反電動(dòng)勢(EMF)、電池容量和放電速度、逆變器和變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(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的相位角和薄板幾何形狀、磁鐵位置和流線。

電機(jī)控制系統(tǒng)要求精確測量電機(jī)繞組電流。直接測量是最精確的測量方法，但是脈沖調(diào)制(pWM)信號的高振蕩給實(shí)現(xiàn)帶來了挑戰(zhàn)。pWM抑制技術(shù)可以在不犧牲測量精度的前提下提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低最小占空比。

汽車傳感

電流測量在各種應(yīng)用中供應(yīng)信息。例如，在低功耗消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，除了在過流保護(hù)電路中啟用關(guān)鍵的安全相關(guān)決策外，還可以監(jiān)視電源電流以了解對電池壽命的影響。

有效的電流感應(yīng)對汽車控制系統(tǒng)是必不可少的，如電力轉(zhuǎn)向、自動(dòng)換檔、傳動(dòng)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射控制和主動(dòng)懸架。所有這些功能都要使用有源和反饋傳感器進(jìn)行精確的電流調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。關(guān)于自動(dòng)化控制應(yīng)用，測量電流意味著了解電機(jī)的速度和方向。

與電源模塊的接口允許控制模塊調(diào)節(jié)電機(jī)中的電流。電機(jī)電流通常由h橋電路供應(yīng)調(diào)制幅度電壓(pWM)來控制(圖1)。因此，轉(zhuǎn)矩是通過計(jì)算出現(xiàn)的紋波電流的平均值來確定的。

圖1:h橋電路決定電機(jī)的方向和速度。(圖片:MaximIntegrated)

電機(jī)控制電路中的電流測量重要有兩個(gè)原因:故障保護(hù)和為電機(jī)控制算法供應(yīng)輸入。過流保護(hù)電路用于檢測可能指示系統(tǒng)故障的超量程操作條件。該電路可以識別失速情況或電機(jī)故障，并允許系統(tǒng)采取行動(dòng)，以防止?jié)撛诘膿p害。

在線電流傳感供應(yīng)了更快的響應(yīng)速度和更高的精度，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的效率。它再現(xiàn)了不要進(jìn)一步處理的相電流的持續(xù)比例信號。然而，pWM共模信號對電流傳感放大器提出了挑戰(zhàn)。因此，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能最大化，要選擇一個(gè)電流傳感放大器，使pWM信號的影響最小化。

電流測量

電動(dòng)開關(guān)無刷直流電機(jī)(BLDCs)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)供應(yīng)了四種汽車運(yùn)行模式來監(jiān)測電流:高側(cè)直流鏈路檢測、低側(cè)直流鏈路檢測、低側(cè)相位檢測和在線相位檢測(圖2)。

圖2:無刷直流電機(jī)電流測量(圖像:MaximIntegrated)

低側(cè)相位檢測使得確定電機(jī)的相電流更容易，但不是一種精確的方法。它可能會引入與相電流相關(guān)的錯(cuò)誤。低側(cè)相位檢測還引入了與系統(tǒng)接地有關(guān)的電機(jī)質(zhì)量變化。由于敏感元件的位置，與高、低側(cè)直流鏈路保護(hù)相比，故障檢測受到限制。

通過驅(qū)動(dòng)器的電流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求使用具有高響應(yīng)速度的放大器來響應(yīng)在每個(gè)部分監(jiān)視的電流的動(dòng)態(tài)行為。在許多情況下，只有兩個(gè)階段被測量，第三階段在控制器中計(jì)算。

重要的挑戰(zhàn)是共模電壓是pWM信號，假如不啟用適當(dāng)?shù)膒WM抑制電路，就會導(dǎo)致輸出信號中斷。這就對電流傳感放大器提出了更高的要求，它必須具有良好的直流和交流共模抑制比(CMRR)以及高的直流精度(低輸入偏置電壓)。有些裝置測量流向一個(gè)方向的電流，雙向放大器通過感應(yīng)電阻測量兩個(gè)方向的電流。

電流敏感放大器

MAX40056是一個(gè)高精度、高電壓、雙向放大器pWM應(yīng)用，如伺服電機(jī)控制和電磁操作。MAX40056具有pWM抑制電路，是電機(jī)控制中高壓電流傳感的一種有效的新解決方法。工程師可以通過降低發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)來提高性能，從而改進(jìn)控制算法。

圖3:MAX40056的框圖(圖:MaximIntegrated)

本文編譯自powerelectronicsnews。