文/李曉麗

1 引言

直流無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器主要由功率管和集成電路組成，用于接收啟動(dòng)，停止，保護(hù)等信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。精確的電流檢測(cè)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中起著重要的作用，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)控制的重要前提。電流檢測(cè)用于系統(tǒng)發(fā)生短路，過(guò)流時(shí)進(jìn)行安全保護(hù)，是電機(jī)控制系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。在實(shí)際運(yùn)行中如果出現(xiàn)短路，過(guò)流等故障，電機(jī)控制系統(tǒng)能及時(shí)準(zhǔn)確地將這些信號(hào)反饋給控制器，進(jìn)而執(zhí)行單元及時(shí)進(jìn)行調(diào)整關(guān)斷開(kāi)關(guān)，保護(hù)硬件。

目前檢測(cè)電路電流的方法主要有檢流電阻、晶體管、電流互感器、羅氏線圈、霍爾效應(yīng)器件、比率式等方法。檢流電阻配合AD采樣方式進(jìn)行電流檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)成本低，電路簡(jiǎn)單，精度高等制作要求。本文采用低阻值電阻進(jìn)行電流采樣，經(jīng)過(guò)LM358運(yùn)放構(gòu)成的電路進(jìn)行整流及運(yùn)算后，送入功率管，通過(guò)ADC采樣，DSP做出相應(yīng)的控制處理信號(hào)。

2 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

圖1：檢流運(yùn)放放大電路

圖2：電機(jī)檢流保護(hù)電路功能框圖

直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)中，電流檢測(cè)電路主要用來(lái)采集電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流，經(jīng)處理后用于控制系統(tǒng)作出相應(yīng)的控制和保護(hù)動(dòng)作。在該系統(tǒng)中，電機(jī)運(yùn)行電壓和控制信號(hào)電壓分屬于不同的性質(zhì)和大小級(jí)別，因此，電流檢測(cè)電路中的采樣和保護(hù)電路還須整流等功能。普通二極管可以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)整流，但由于其非線性的特性，會(huì)使小信號(hào)發(fā)生失真，甚至使嚴(yán)重的畸變?？紤]利用集成運(yùn)放加入深度負(fù)反饋來(lái)設(shè)計(jì)一種可靠的高性能檢測(cè)電路。該電路通過(guò)二極管引入深度負(fù)反饋，保證在小信號(hào)時(shí)，uo與ui保持良好的比例關(guān)系，相較于普通的整流電路，大大地提高了電流精度。如圖1所示。

采用LM358高速雙運(yùn)算放大器，內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)算放大器，高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償。電源電壓很寬，可實(shí)現(xiàn)單雙電源工作模式。使用LM358構(gòu)成高精度半波整流電路和加法器，可節(jié)省控制板空間，使電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔和精巧。

直流無(wú)刷電機(jī)電流檢測(cè)始端是將A相、C相中-100A～100A大電流轉(zhuǎn)化為-4V～4V的小電壓信號(hào)。考慮到霍爾傳感器體積較大，成本較高，該檢流電路由檢流電阻和運(yùn)算放大電路組成。根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)IA+IB+IC=0,可得，IB=-(IA+IC)。B相電流可由反相求和得到。，得到A、B、C相電流后，分別對(duì)A、B、C使用LM358構(gòu)成的高精度半波整流模塊進(jìn)行半波整流，再將整流過(guò)的A、B、C三相電壓信號(hào)求和反相，得到進(jìn)入功率管電流的瞬時(shí)值對(duì)應(yīng)的電壓值。

在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，該電路實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)電流，并發(fā)出兩路信號(hào)。一路輸入到DSP的ADC采樣模塊中，采樣電機(jī)電流的數(shù)字值，進(jìn)行DSP的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)。另一路送到比較器中。DSP采用了兩種方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，一種是限流保護(hù)，當(dāng)電流增大超過(guò)限流電流（對(duì)應(yīng)電壓）時(shí)，保護(hù)電路像CPLD發(fā)出限流信號(hào)，進(jìn)而使控制芯片DSP啟動(dòng)相應(yīng)的限流程序進(jìn)行操作，調(diào)節(jié)PWM的占空比，來(lái)改變實(shí)際加載到電機(jī)兩端的電壓，改變電流大小。另一種停機(jī)保護(hù)，如果由于某些原因電流增加到停機(jī)電流（對(duì)應(yīng)電壓）時(shí)，DSP會(huì)啟動(dòng)停機(jī)程序，立刻關(guān)斷所有功率管，電機(jī)馬上停止運(yùn)行。如圖2所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

直流無(wú)刷電機(jī)由于其較好的調(diào)速性能，目前已廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公自動(dòng)化、精密機(jī)床、汽車(chē)電子等工業(yè)和民用領(lǐng)域。典型電機(jī)控制系統(tǒng)中，電機(jī)相電流檢測(cè)電路是非常重要的部分。由于電機(jī)控制系統(tǒng)采樣的相電流含有不規(guī)則的高次諧波和隨機(jī)干擾，伺服系統(tǒng)中的PWM調(diào)制頻率和AD采樣速率都較高，因此選擇運(yùn)放時(shí)要考慮運(yùn)放的增益，帶寬以及高速性。LM358作為高速雙運(yùn)放滿足電流采樣的需要。該電流檢測(cè)電路成本低，體積小，精度高，具有一定的實(shí)際意義。