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电流传感器在电机无传感器控制中的应用

电流传感器是电机驱动器中最常用的传感器,其输出信号用作保护、反馈等功能,在电机的无传感器控制中,电流传感器更是必不可少的元件。

上世纪八十年代中期,三相反应式步进电机在我国开始得到应用,其各种驱动电路中,斩波恒流型最为理想。每相通过一个电阻进行电流采样,与给定电流值比较,产生斩波信号。十年后,两相混合式步进电机微步驱动趋于成熟,每相绕组采用H桥拓扑结构,每相电流仍然通过一个电阻进行采样。进入九十年代,无刷直流电机得到迅速发展,由于采用120°通电方式,只须在直流侧负端串入一个采样电阻,就可实现对无刷直流电机的电流控制。近十年,无刷交流电机即永磁同步电机和异步电机的磁场定向控制越来越多,相电流反馈信号是转矩控制和磁场定向的主要变量,对Y接法的三相绕组,需要两个电流传感器采样任何两相电流,采用信号通常需要和相电流隔离,因此常选用有隔离作用的电流传感器,如电流采样集成电路、隔离光耦传感器、霍尔效应传感器。

传感器和电机、驱动器、控制器构成运动控制系统或传动系统。电流传感器是电机驱动和控制中最常用的传感器,其输出信号用作保护、反馈等功能,在电机的无传感器控制中,电流传感器更是必不可少的元件,电流信号用来计算磁场位置、磁链、转矩等物理量。在不同种类的电机甚至同一种类但不同相数电机的驱动器中,传感器的种类和所处位置也是不同的。

传感器输出信号是电压型的还是电流型的,对接口电路的设计也不一样。电流输出,需串接一定范围内的电阻,将电流转换成电压。有的类型传感器用双极性电源,转换后的电压也是双极性的。送到微控制器前,需进行电平提升和放大。

绕组电流经采样电阻直接流入直流侧的拓扑结构,可选用电阻进行采样,对每相电流需经其它两相回路流过的拓扑结构,如图4的三相导通的控制策略,需用隔离采样的电流传感器;集成电路IR2171/2172的带宽较窄,典型值为15KHz。PWM输出,与微控制器连接导致频繁的中断。在小功率驱动电路中,和高压浮动MOS栅极集成电路共同使用性价比较高;线性隔离光耦有较高的线性度、共模电压抑制比(CMR)、较低的温度漂移。随被测电流增大,采样电阻的选择、电路板的布线愈影响测量精度;霍尔效应电流传感器实现了完全隔离的测量方法,测量的电流范围很大,品种多,使用方便,随着价格的降低,应用更普及。