作者：Maurizio Di Paolo Emilio

當今的汽車-不僅是混合動力汽車和電動汽車，而且還包括僅使用汽油或柴油燃料的汽車-越來越依賴于電子產品。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動機控制和電池監控至關重要。復雜和高度敏感的系統（例如自動駕駛汽車）需要極其精確的檢測反饋，以確保提供必要的功能和安全性。

對于電動動力總成，一切都圍繞著電氣測試。關鍵參數與電力電子設備有關：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功率再生的調節。其他參數包括發動機/發電機相角和薄板幾何形狀，磁體位置和流線。

電動機控制系統需要精確測量電動機繞組電流。直接測量是最準確的方法，但是帶調制的脈沖（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。

電機感應

電流測量可提供各種應用程序中的信息。例如，在低功耗消費類電子產品中，除了能夠在過流保護電路中做出與安全相關的決定外，還可以監控電源電流以了解對電池壽命的影響。

有效的電流感應對于汽車控制系統至關重要，例如電動助力轉向，自動變速，變速箱控制，發動機燃油噴射控制和主動懸架。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，測量電流意味著知道電動機的速度和方向。

與電源模塊的接口允許控制模塊調節電動機中的電流量。電機電流通常通過使用H橋電路（圖1）提供調制幅度電壓（PWM）來控制。電機有感性負載；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橋電路確定電動機的方向和速度。
（圖片：Maxim Integrated）

在電機控制電路中測量電流的原因主要有兩個：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范圍工作條件。該電路可以識別失速情況或電動機故障，并允許系統采取措施以防止潛在的損壞。

在線電流感測提供更快的響應和更高的精度，從而提高了發動機控制系統的效率。它產生不需要進一步處理的相電流的連續比例信號。但是，PWM共模信號給電流感測放大器帶來了挑戰。因此，要使發動機控制系統的性能最大化，就需要選擇一個電流感應放大器，以最大程度地減小PWM信號的影響。

當前測量

電動無刷直流電動機（BLDC）的拓撲結構提供了四種用于監視電流的汽車運行模式：高端直流鏈路檢測，低端直流鏈路檢測，低端相位檢測和在線相位檢測（圖2） ）。

圖2：BLDC電機中的電流測量結果（圖片：Maxim Integrated）

低側相位檢測可以更輕松地確定電動機的相電流，但這不是一種精確的方法。它可能會引入與相電流有關的誤差。低側相位檢測還會引起與系統接地有關的電動機質量變化。由于敏感元件的位置，與高側和低側直流母線保護相比，此實施方式中的故障檢測受到限制。
通過驅動器的電流的拓撲要求使用具有高響應速度的放大器來響應在每個部分中監視的電流的動態行為。在許多情況下，僅測量兩個階段，而在控制器中計算出第三階段。

主要挑戰在于，共模電壓是PWM信號，除非啟用了適當的PWM抑制電路，否則會導致輸出信號中斷。這導致對電流感測放大器的要求更加嚴格，該電流感測放大器必須具有出色的DC和AC共模抑制比（CMRR）以及高DC精度（低輸入失調電壓）。一些設備測量在一個方向上流動的電流。雙向放大器測量在兩個方向上流過檢測電阻器的電流。

電流感測放大器

MAX40056是高精度，高壓，雙向放大器，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型解決方案。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，從而改善控制算法。

圖3：MAX40056的框圖（圖片：Maxim Integrated）

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