电动机控制系统的pwm抑制技术有哪些（电动机控制系统的pwm抑制技术包括）

作者：毛里齐奥迪保罗埃米利奥

当今的汽车——不仅是混合动力汽车和电动汽车，还包括那些仅使用汽油或柴油燃料的汽车——越来越依赖电子产品。在这些汽车系统中，电流监控对于确保长期性能和可靠性至关重要。电流检测对于正确的电机控制和电池监控至关重要。自动驾驶汽车等复杂且高度敏感的系统需要极其精确的检测反馈，以确保必要的功能和安全性。

对于电动动力系统，一切都围绕着电气测试。关键参数与电力电子相关：开关频率、电压和电流、感应电动势和反电动势(EMF)、电池容量和放电率、逆变器和转换器的热管理以及电源再生调节。其他参数包括发动机/发电机相位角和板材几何形状、磁铁位置和流线。

电机控制系统需要精确测量电机绕组电流。直接测量是最准确的方法，但调制脉冲(PWM) 信号的高振荡使得实施具有挑战性。 PWM 抑制技术可以在不牺牲测量精度的情况下提高发动机效率并降低最小占空比。

电机感应

电流测量可在各种应用中提供信息。例如，在低功耗消费电子产品中，除了能够在过流保护电路中做出与安全相关的决策外，还可以监控电源电流以了解对电池寿命的影响。

有效的电流感应对于电动助力转向、自动变速箱、变速箱控制、发动机燃油喷射控制和主动悬架等汽车控制系统至关重要。所有这些功能都需要使用有源和反馈传感器进行精确的电流调节，以提供自动化控制。对于自动化控制应用，测量电流意味着了解电机的速度和方向。

与电源模块的接口允许控制模块调节电机中的电流量。通常通过使用H 桥电路提供调制幅度电压(PWM) 来控制电机电流（图1）。电机带有感性负载；因此，扭矩是通过平均产生的纹波电流来确定的。

图1：H 桥电路决定电机的方向和速度。

（图片来源：Maxim Integrated）

测量电机控制电路中的电流有两个主要原因：故障保护和为电机控制算法提供输入。过流保护电路用于检测可能指示系统故障的超出范围的操作条件。该电路可以识别失速情况或电机故障，并允许系统采取措施防止潜在的损坏。

在线电流传感提供更快的响应和更高的精度，从而提高发动机控制系统的效率。它产生不需要进一步处理的连续比例的相电流信号。然而，PWM 共模信号给电流检测放大器带来了挑战。因此，为了最大限度地提高发动机控制系统的性能，需要选择电流检测放大器来最大限度地减少PWM 信号的影响。

电流测量

电动无刷直流电机(BLDC) 的拓扑提供了四种用于监测电流的汽车工作模式：高端直流母线检测、低侧直流母线检测、低侧相位检测和在线相位检测（图2）。

图2：BLDC 电机中的电流测量（图片来源：Maxim Integrated）

低侧相位检测可以更容易地确定电机的相电流，但这并不是一种准确的方法。它可能会引入与相电流相关的误差。低侧相位检测还会导致与系统接地相关的电机质量发生变化。由于敏感组件的位置，与高侧和低侧直流总线保护相比，该实现中的故障检测受到限制。

通过驱动器的电流拓扑需要使用对每个部分中监视的电流的动态行为具有高响应速度的放大器。在许多情况下，仅测量两个相位，而在控制器中计算第三个相位。

主要挑战是共模电压是PWM 信号，除非启用适当的PWM 抑制电路，否则将导致输出信号中断。这对电流检测放大器提出了更严格的要求，必须具有出色的直流和交流共模抑制比(CMRR) 以及高直流精度（低输入失调电压）。一些设备测量单向流动的电流。双向放大器测量两个方向流过检测电阻的电流。

电流检测放大器

MAX40056是一款高精度、高电压、双向放大器，用于伺服电机控制和电磁阀操作等PWM应用。 MAX40056具有PWM抑制电路，是电机控制应用中高压电流检测的高效新解决方案。工程师可以通过减少发动机低速运行时的振动来改进控制算法，以提高性能。

图3：MAX40056 框图（图片来源：Maxim Integrated）

编辑：hfy