當今的汽車——不僅是混合動力汽車和電動汽車，還有那些只使用汽油或柴油燃料的汽車——越來越依賴于電子設備。在這些汽車系統中，電流監控對于確保長期性能和可靠性至關重要。電流檢測對于正確的電機控制和電池監控至關重要。自動駕駛汽車等復雜且高度敏感的系統需要極其準確的檢測反饋，以確保必要的功能和安全性。

對于電動動力系統，一切都圍繞著電氣測試展開。關鍵參數與電力電子相關：開關頻率、電壓和電流、感應和反電動勢 （EMF）、電池容量和放電速度、逆變器和轉換器的熱管理以及電源再生調節。其他參數包括發動機/發電機相角和片材幾何形狀、磁鐵位置和流線。

電機控制系統需要精確測量電機繞組電流。直接測量是最準確的方法，但脈沖調制 （PWM） 信號的高振蕩使實現具有挑戰性。PWM 抑制技術可以在不犧牲測量精度的情況下提高發動機效率并降低最小占空比。

運動感應

電流測量可在各種應用中提供信息。例如，在低功耗消費電子產品中，除了在過流保護電路中啟用關鍵的安全相關決策外，還可以監控電源電流以了解對電池壽命的影響。

有效的電流檢測對于電動助力轉向、自動換檔、變速器控制、發動機燃油噴射控制和主動懸架等汽車控制系統至關重要。所有這些功能都需要使用有源和反饋傳感器進行精確的電流調節以提供自動化控制。對于自動化控制應用，測量電流意味著了解電機的速度和方向。

與電源模塊的接口允許控制模塊調節電機中的電流量。電機電流通常通過使用 H 橋電路提供調制幅度電壓 （PWM） 來控制（圖 1）。電機帶有感性負載；因此，扭矩是通過計算產生的紋波電流的平均值來確定的。

圖 1：H 橋電路確定電機方向和速度。

在電機控制電路中測量電流有兩個主要原因：故障保護和為電機控制算法提供輸入。過流保護電路用于檢測可能指示系統故障的超出范圍的操作條件。該電路可以識別失速狀況或電機故障，并允許系統采取行動防止潛在損壞。

在線電流感應提供更快的響應和更高的精度，從而提高發動機控制系統的效率。它再現了不需要進一步處理的相電流的連續比例信號。然而，PWM 共模信號給電流檢測放大器帶來了挑戰。因此，最大限度地提高發動機控制系統的性能需要選擇一個電流檢測放大器，以最大限度地減少 PWM 信號的影響。

電流測量

電動開關無刷直流電機 （BLDC） 的拓撲提供四種汽車運行模式來監控電流：高側直流鏈路檢測、低側直流鏈路檢測、低側相位檢測和串聯相位檢測（圖 2） ）。

圖 2：BLDC 電機中的電流測量

低側相位檢測可以更容易地確定電機的相電流，但它不是一種精確的方法。它可能會引入與相電流相關的誤差。低側相位檢測還引入了與系統接地相關的電機質量變化。由于敏感元件的位置，與高側和低側直流鏈路保護相比，此實施中的故障檢測受到限制。

通過驅動器的電流拓撲需要使用具有高響應速度的放大器來響應每個部分中監控的電流的動態行為。在許多情況下，只測量兩個相位，而在控制器中計算第三個相位。

主要挑戰是共模電壓是 PWM 信號，除非啟用適當的 PWM 抑制電路，否則會導致輸出信號中斷。這導致對電流檢測放大器的要求更加嚴格，它必須具有出色的直流和交流共模抑制比 （CMRR） 以及高直流精度（低輸入失調電壓）。一些設備測量沿一個方向流動的電流。雙向放大器測量流經檢測電阻器的兩個方向的電流。

電流感應放大器

MAX40056 是一款高精度、高電壓、雙向放大器，適用于 PWM 應用，例如伺服電機控制和螺線管操作。MAX40056 具有 PWM 抑制電路，是電機控制應用中高壓電流檢測的高效新解決方案。工程師可以通過減少發動機低速運行時的振動來提高性能，從而改進控制算法。

圖 3：MAX40056 的框圖

審核編輯：郭婷