隨著提升系統(tǒng)效率的需求不斷增長，我們面臨著改善電機工作效率和控制功能的直接壓力。幾乎所有類型的電機均面臨著這種需求壓力，包括白色家電、工業(yè)驅(qū)動器和汽車應(yīng)用中使用的電機。反饋回控制算法的電機運行特性至關(guān)重要，能夠確保電機高效運行。相電流是系統(tǒng)控制器使用的重要診斷反饋元素之一，支持電機實現(xiàn)出色性能。

由于測量信號具有連續(xù)性并與相電流直接相關(guān)，因此如圖 1所示，測量電機電流的理想位置與各相一致。在其他位置（如每個相位的低側(cè)）測量電流需要首先針對數(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 直列式電流檢測

電機的驅(qū)動電路通過生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號控制電機運行。這些調(diào)制信號使得位置與各電機相位一致的測量電路進行共模電壓轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中，電壓將在極短時間內(nèi)于不同高電壓水平之間進行切換。理想放大器能夠完全抑制測量值的共模電壓分量，同時僅對流經(jīng)分流電阻器的電流對應(yīng)的差分電壓進行放大。不幸的是，實際使用的放大器并非理想放大器，大 PWM 驅(qū)動輸入電壓階躍將對其產(chǎn)生影響。由于實際使用的放大器無法無限抑制共模電壓分量，因此放大器輸出將出現(xiàn)與每次輸入電壓階躍相對應(yīng)的大幅度意外干擾，如圖 2所示。這些輸出干擾（或毛刺）可能極大，輸入轉(zhuǎn)換后需要很長時間方可趨于穩(wěn)定，具體時間取決于放大器特性。

圖 2 大輸入 V_CM 階躍產(chǎn)生的典型輸出毛刺

此類測量的常用方法是選擇帶寬較高的電流檢測放大器。為了將頻率保持在可聞范圍之上，選擇的調(diào)制頻率通常介于 20kHz 至 30kHz 之間。在這些 PWM 驅(qū)動應(yīng)用中進行直列式電流測量的放大器選擇目標是信號帶寬在 200kHz 至 500kHz 范圍內(nèi)的放大器。以往選擇放大器時并不基于明顯低于 PWM 信號帶寬的實際信號帶寬。選擇較高放大器帶寬的目的是使得輸出毛刺在輸入電壓轉(zhuǎn)換后快速趨于穩(wěn)定。

INA240 是一款高共模雙向電流檢測放大器，專為這些類型的 PWM 驅(qū)動應(yīng)用而設(shè)計。該器件利用集成增強型 PWM 抑制電路解決了在高共模電壓階躍過程中測量較低差分電壓的問題，從而顯著減弱輸出干擾并快速實現(xiàn)穩(wěn)定。標準電流檢測放大器依賴高信號帶寬使輸出在階躍后快速恢復(fù)，而 INA240 電流檢測放大器具有內(nèi)部 PWM 抑制電路，可以在改進輸出響應(yīng)的同時降低輸出干擾。圖 3 說明了 INA240 輸出響應(yīng)在此內(nèi)部增強型 PWM 抑制功能作用下的改進。

圖 3 通過增強型 PWM 抑制減少輸出毛刺

對于許多三相應(yīng)用，有少量與該直列式電流測量精度相關(guān)的要求。為了確保充分控制補償回路，除了要求輸出快速響應(yīng)外，還需限制輸出干擾，以免出現(xiàn)虛假過流指示。對于電動助力轉(zhuǎn)向 (EPS) 等其他系統(tǒng)，需要通過精密電流測量為轉(zhuǎn)矩輔助系統(tǒng)提供必要的反饋控制。EPS 系統(tǒng)的主要目標是通過附加轉(zhuǎn)矩輔助駕駛員施加于方向盤的轉(zhuǎn)矩，同時在轉(zhuǎn)向響應(yīng)中提供與駕駛條件相對應(yīng)的典型感受。在這種嚴格受控的系統(tǒng)中，相間電流測量誤差可能變得非常明顯。各相位之間所有未加考慮的變化均將直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩紋波增大，駕駛員可通過方向盤察覺這種變化。減少測量誤差，尤其是溫度引發(fā)的誤差對于保持精確反饋控制并提供無縫用戶體驗至關(guān)重要。

常用系統(tǒng)級校準能夠不斷降低室溫下對于放大器性能的依賴性，從而提升測量精度。然而，隨著運行溫度的不斷變化，考慮參數(shù)漂移（如輸入偏移電壓和增益誤差）更具挑戰(zhàn)性。良好的溫度補償機制基于放大器性能隨溫度變化的特性，同時依賴于各系統(tǒng)針對外部條件作出的一致且可重復(fù)響應(yīng)。如果放大器在溫度引起的移位最低時保持穩(wěn)定的能力得到提升，對于復(fù)雜補償方法的依賴程度將隨之降低。

INA240 在室溫下具有 25μV 的最大輸入失調(diào)電壓和 0.20% 的最大增益誤差規(guī)格。更重要的是，對于要求溫度穩(wěn)定測量的應(yīng)用，該器件的輸入失調(diào)電壓溫漂為 250nV/°C，放大器增益溫漂為 2.5ppm/°C。即使工作溫度在系統(tǒng)的完整溫度范圍內(nèi)發(fā)生變化，測量精度依然恒定不變。

INA253 和 INA254 包含集成式分流器，具有 INA240 放大器的所有性能優(yōu)勢。集成式分流器是一款具有 0.1% 容差 (INA253) 或 0.5% 容差 (INA254) 的低電感、精密 2mΩ 或 400μΩ 分流器，兩者的溫漂都小于 15ppm/°C。INA253 是精度超高的電流檢測放大器，可消除由于布局而引入的分流和寄生誤差。

INA240 將測量溫度穩(wěn)定性、寬動態(tài)輸入范圍和增強型 PWM 輸入抑制（這一點最重要）集于一體，適合需要精確可靠的測量來實現(xiàn)精確控制性能的 PWM 驅(qū)動應(yīng)用。

備選器件建議

根據(jù)必要的系統(tǒng)要求，其他器件可提供所需的性能和功能。INA282 能夠非常精確地測量大共模電壓，這些電壓的變化速度不會像 PWM 驅(qū)動應(yīng)用的典型變化速度那樣快，因此該器件適合高電壓直流應(yīng)用。INA241B 是一款雙向電流檢測放大器，用于采用 PWM 抑制技術(shù)的高共模電壓。