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通过 MAX40056 实现高效电机控制

SamPresley
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根据国际能源署 2017 年发布的最新报告,电机系统的电力消耗占全球电力消耗的 53%。据估计,其中有 20 - 30% 的电力可通过提高电机驱动系统的效率节省下来,这其中包括泵、风扇、压缩机和工业产品机械。如需进一步了解各类电机及其应用的详情,请参阅 DesignSpark 上的 这篇文章

如需确保这类系统高效、安全地运行,精确的电机控制绝对是至关重要的。在电机控制电路系统中,我们通过测量电流来识别电机扭矩信息。根据电机基础知识,电流与这些参数直接成比例。因此电流得以感应、监测,并反馈给电机控制回路。

电流感应放大器 (CSA) 常用于监测进入和输出控制回路的电流信号,精确度非常高。CSA 的常见电流测量配置有三种:高侧、低侧和直列式电流感应。

低侧电流感应中,感应电阻器与接地通路串联。然后 CSA 测量通过电阻器的电压。然而这种方法会干扰系统的接地电位,并且无法检测电机故障。另一方面,感应电阻器与高侧电流感应电源电压串联。这种方法的缺点是存在非常高的共模信号,并且无法检测电机的相电流。最后,直列式相电流感应是将单个 CSA 直接连接至电机绕组,然后测量流入电机的感应式相电流。实施这种配置的难点在于共模 PWM 电压,此电压的振幅相对较大,带宽也较宽。这样的输入信号变化会导致输出信号不稳定。承载实用信息的差分信号需要通过 PWM 抑制电路获得。当选择用于电机控制系统的 CSA 类型时,快速的建立时间也是一个重要的考虑因素。

MAX40056 (196-8967) 是 Maxim Integrated 推出的一款高准确度双向电流感应放大器。它具有 -0.1V - +65V 的宽输入范围,适用于电机控制应用。MAX40056 的故障检测和过电流检测功能可适应 -5V - +70V 的共模输入电压。此 CSA 还采用内置 PWM 抑制模块,可抑制转换速率高达且远超 ±500V/µs 的 PWM 信号。

下图显示 MAX40056 的三相伺服电机电流感应配置。在微控制器的驱动下,PWM 信号由三对电源 MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)生成,然后推动伺服电机旋转。各线路的电流通过开尔文检测印刷电路板电阻器和 CSA 对测量。CSA 的输出发送至 ADC(模数转换器),未显示在图上。电流的相和量级数据经采样和数字化,然后由微控制器进行处理,同时关闭电机控制系统的反馈回路。

电机是工业和自动化市场上价格最高、耗电量最大的元件之一。尽管如此,电机驱动系统的效率可通过实施精确的控制措施得到显著提升。电流感应放大器是控制回路的重要组成部分。Maxim Integrated 推出的 MAX40056 具有高共模输入范围、PWM 抑制功能和较短的建立时间,因此非常适合电机控制应用。

Lead Inspiration Engineer @ RS Components and DesignSpark

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