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在工作電壓較高且具有較高功率的系統(tǒng)中尤其如此。對于確保電機以峰值效率和性能運行而言，反饋到控制算法中的電機運行特性至關(guān)重要。相電流是系統(tǒng)控制器使用的這些重要診斷反饋要素（用于實現(xiàn)最佳的電機性能）之一。

 

由于測量信號具有連續(xù)性并與相電流直接相關(guān)，因此測量電機電流的理想位置應(yīng)直接與每個相位保持一致，如圖 1 所示。在其他位置（如每個相位的低側(cè)）測量電流需要首先對數(shù)據(jù)進行重新組合和處理，以便控制算法使用有意義的數(shù)據(jù)。

 

圖 1. 直列式電流感應(yīng)

 

電機的驅(qū)動電路可生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號來控制電機的運行。這些調(diào)制信號使與每個電機相位一致的測量電路經(jīng)受很大的電壓瞬變，這些瞬變每個周期在正負電源軌之間切換。理想的電流傳感器能夠完全抑制測量的共模電壓分量，并且僅測量相關(guān)的電流。TMCS1100 等

封裝內(nèi)磁性電流傳感器使相電流流經(jīng)封裝引線框，從而產(chǎn)生內(nèi)部磁場。然后，電隔離傳感器測量磁場，從而在傳感器 IC 和隔離的相電流之間沒有任何直接電氣連接的情況下提供電流測量。通過僅測量磁場，該傳感器可隔離高共模電壓，并提供出色的抗 PWM 開關(guān)瞬態(tài)性能。這可以實現(xiàn)出色的電機相電流測量，而不會由于較大的 PWM 驅(qū)動輸入電壓階躍而在傳感器輸出端產(chǎn)生不必要的干擾。圖 2 顯示了經(jīng)過 RC 濾波的 TMCS1100輸出波形，以及電機相電壓和電流波形。只能觀察到由于測量寄生效應(yīng)引起的微小 PWM 耦合，TMCS1100 輸出跟蹤電機相電流，而沒有 300V 開關(guān)事件引起的明顯輸出瞬態(tài)。

 

圖 2. 具有高瞬態(tài)抗擾度的電機相電流測量

 

封裝內(nèi)磁性電流傳感器的獨特特性消除了測量電機相電流的替代解決方案所面臨的許多挑戰(zhàn)。固有的電隔離提供了承受高電壓的能力，并且輸出的高瞬態(tài)抗擾度降低了由于開關(guān)事件引起的輸出噪聲。沒有該抗擾性的電流感應(yīng)實現(xiàn)需要更高的帶寬，以縮短輸出干擾的建立時間；磁性傳感器可以使用較低帶寬的信號鏈，而不犧牲瞬態(tài)抗擾性。由于不需要外部電阻分流器、無源濾波或相對于高電壓輸入的隔離電源，因此封裝內(nèi)磁性電流傳感器還可以降低總體解決方案成本和設(shè)計復(fù)雜性。

 

對于 相電流 測量可提供過電流保護或診斷的應(yīng)用，磁性電流傳感器的高瞬態(tài)抑制可防止由于輸出干擾而引起的錯誤過流指示。在使用閉環(huán)電機控制算法的電機系統(tǒng)中，需要進行精確的相電流測量以優(yōu)化電機性能。過去，基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器具有很大的溫度、壽命和遲滯誤差，這些誤差會降低電機效率、動態(tài)響應(yīng)并引起非理想的誤差（如轉(zhuǎn)矩波動）。常見的系統(tǒng)級校準(zhǔn)技術(shù)可以提高室溫下的精度，但是說明參數(shù)（如靈敏度和失調(diào)電壓）中的溫度漂移是具有挑戰(zhàn)性的。

 

德州儀器 (TI) 的磁性電流感應(yīng)產(chǎn)品通過采用已獲專利的線性化技術(shù)和零漂移架構(gòu)（可在整個溫度范圍內(nèi)提供穩(wěn)定、精確的電流測量）來提高系統(tǒng)級性能。高精度傳感器嚴(yán)格控制相間電流測量誤差，從而保持精確的反饋控制并提供無縫的用戶體驗。

 

圖 3. 在整個溫度范圍內(nèi)的 TMCS1100 典型靈敏度誤差

 

TMCS1100 在 室溫下 具有小于 0.3% 的典型靈敏度誤差，在 –40°C 至 125°C 的整個溫度范圍內(nèi)具有小于0.85% 的最大靈敏度誤差。如圖 3 所示，這種在整個溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性通過最大程度地減小傳感器的溫度漂移提供了出色的相間匹配。除高靈敏度精度之外，該器件還具有小于 2mV 的輸出溫漂（如圖 4 所示），這極大地提高了測量動態(tài)范圍，并且即使在輕負載下也可以進行精確的反饋控制。

 

圖 4. 在整個溫度范圍內(nèi)的 TMCS1100 典型輸出失調(diào)電壓

 

高靈敏度穩(wěn)定性和低失調(diào)電壓相結(jié)合，形成了業(yè)界領(lǐng)先的隔離式電流感應(yīng)解決方案，此解決方案在該器件的整個溫度范圍內(nèi)具有小于 1% 的總誤差。600V 的工作電壓和 3kV 的隔離柵使該器件能夠應(yīng)用于各種高電壓系統(tǒng)。TMCS1100 將測量溫度穩(wěn)定性、電隔離和瞬態(tài)PWM 輸入抑制功能結(jié)合在一起， 是需要精確且可靠的測量來實現(xiàn)精確控制性能的 PWM 驅(qū)動應(yīng)用（如電機相電流測量）的理想之選。

 

表 1. 備選器件建議

 

表 2. 相關(guān) TI 技術(shù)手冊

 

 

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