解決問題的方法幾乎總是不止一種。有時，使用最廣泛的方法并不會產(chǎn)生最大的好處。從事電機(jī)控制項目的系統(tǒng)設(shè)計人員使用各種電流測量方法來確保電機(jī)高效運(yùn)行并防止可能的損壞。在電機(jī)設(shè)計中測量電流的主要方法有三種。在這篇博文中，我將回顧這三種方法，并分享使用增強(qiáng)型脈寬調(diào)制 (PWM) 抑制進(jìn)行在線電機(jī)電流檢測的 5 大優(yōu)勢。
如圖 1 所示，在三相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中測量電流基本上有三種不同的方法：低側(cè)、直流鏈路和串聯(lián)。雖然圖 1 顯示了驅(qū)動帶有三對功率 MOSFET（絕緣柵雙極晶體管 IGBT 也很常見）的直流電機(jī)所需的傳統(tǒng)三相 PWM 逆變器，但該圖還包括通常用于用于嚴(yán)重故障情況，例如對地短路。
圖 1：三相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的各種電流檢測方法
許多設(shè)計人員使用前兩種方法（低側(cè)、直流鏈路及其各種組合），因為標(biāo)準(zhǔn)電流檢測解決方案很容易獲得——通常具有快速響應(yīng)時間、更高帶寬、快速輸出壓擺率和低共模輸入電壓。但僅僅因為可以通過低側(cè)或直流鏈路檢測相電流的產(chǎn)品可用并不意味著這些解決方案代表了最簡單的方法。以這些方式測量電流背后的想法是嘗試復(fù)制被驅(qū)動到電機(jī)繞組中的電流。這種復(fù)制工作發(fā)生在軟件中；它可能非常復(fù)雜，而且從來都不是真正準(zhǔn)確的。
在線電流檢測方法似乎是最合乎邏輯的，因為這是您最終要測量的電流，但這種方法存在挑戰(zhàn)。驅(qū)動 MOSFET 或 IGBT 的 PWM 信號會對電流檢測放大器造成嚴(yán)重破壞。檢測電阻器上的共模信號從電源電壓驅(qū)動到地，具有非常快的瞬態(tài)開關(guān)特性，而電流檢測放大器則試圖測量檢測電阻器本身的小差分信號。圖 2 是 PWM 逆變器產(chǎn)生的正弦相電流（紅色波形）的示波器截圖。在這種情況下，PWM 頻率為 100 千赫 (kHz)，由LMG5200 提供GaN 半橋功率級（更多詳細(xì)信息可在底部說明的 TI 設(shè)計中找到）。請注意，在線電流檢測放大器在測量相電流時會受到快速開關(guān)信號的影響。如果我可以打個比方，這就像嘗試測量杯子中的液體，因為它在颶風(fēng)期間漂浮在海面上。難怪大多數(shù)設(shè)計師使用低邊感應(yīng)！到目前為止 …
圖 2：在快速共模瞬變中測量相電流
在描述潛在的好處之前，讓我解釋一下增強(qiáng)型 PWM 抑制。增強(qiáng)型 PWM 抑制是一種有源電路，可強(qiáng)制輸出電壓比傳統(tǒng)方法更快地穩(wěn)定。由于具有快速轉(zhuǎn)換的輸入共模信號被電流檢測放大器檢測到，這些干擾在通過設(shè)備輸出傳播時被最小化。減少這些干擾（或設(shè)計師親切地稱之為“振鈴”）的另一種方法是使用高帶寬放大器（在 MHz 范圍內(nèi)）盡快穩(wěn)定輸出，但這可能是一個昂貴的提議。
圖 3 顯示了沒有引入噪聲的每個相位的輸出電壓信號。紅色波形代表信號，表明電子換向的功率晶體管盡可能地將正弦波形復(fù)制到電機(jī)上。電流檢測放大器將經(jīng)歷從電源軌（例如，V BATT = 48V）到地的輸入共模電壓信號。
圖 3：由于增強(qiáng)的 PWM 抑制導(dǎo)致的預(yù)期電壓波形
好處#1：減少消隱時間
共模 PWM 瞬態(tài)抑制可減少電流檢測放大器輸出端的“振鈴”。必須等待電壓信號穩(wěn)定是一個主要缺點(diǎn)，特別是對于需要低占空比 (≤10%) 的系統(tǒng)，因為進(jìn)行電流測量的時間縮短了（業(yè)界通常稱為消隱時間）。
優(yōu)勢 2：在線電流感應(yīng)
再加上高共模輸入電壓，增強(qiáng)的 PWM 抑制允許在線監(jiān)控電流。如前所述，由于其所處的惡劣環(huán)境，電流檢測放大器的穩(wěn)健性是必不可少的。除了此要求之外，放大器還必須具有高交流和直流精度，以便為系統(tǒng)設(shè)計人員提供精確的電流傳感器測量，您可以在TI 技術(shù)說明中閱讀有關(guān)使用 INA240 進(jìn)行串聯(lián)電機(jī)電流感測的更多信息。
好處#3：可能消除電流隔離
增強(qiáng)型 PWM 抑制的另一個好處是微妙但重要的。借助增強(qiáng)的 PWM 抑制，當(dāng)電流隔離不是系統(tǒng)要求的一部分時，設(shè)計人員可以不再使用隔離式電流感測設(shè)備。客戶通常使用隔離設(shè)備來去耦 PWM 信號通過檢測電阻時產(chǎn)生的噪聲。增強(qiáng)型 PWM 抑制不再需要這種去耦。
好處#4：算法優(yōu)化
我之前提到過這個好處——算法優(yōu)化。借助增強(qiáng)的 PWM 抑制，復(fù)制或計算相電流的需求不再是問題，因為答案已直接提供。只需要最少的軟件就可以有效地運(yùn)行電機(jī)。
好處#5：提高電機(jī)效率
最后，我得到了最后一個好處，這對設(shè)計師來說可以說是最重要的——提高電機(jī)效率。電機(jī)制造商和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計人員一直在尋找提高電機(jī)效率的方法。高交流和直流精度、快速輸出響應(yīng)和減少的消隱時間使電機(jī)能夠以盡可能高的效率運(yùn)行。多相電機(jī)的精確定時控制盡可能減少消隱時間，從而最大限度地提高電機(jī)效率。
圖 4 顯示了五個好處。
圖 4：增強(qiáng)型 PWM 抑制的五個好處
