2 設計挑戰(zhàn)

與低側分流檢測相比，直列式相電流檢測可實現(xiàn)更高的性能、連續(xù)測量并在整個 PWM 周期內更精確地控制電機相電流。在低側分流檢測系統(tǒng)中，電流不連續(xù)，相電流只能在低側電源開關導通時的部分 PWM 周期內進行測量。這些系統(tǒng)通常會導致不太精確且?guī)捀偷南嚯娏鏖]環(huán)控制。因此，伺服驅動器和機器人應用通常選擇直列式相電流檢測。然而，相電壓經(jīng)過脈寬調制，并在 GND 和直流母線電壓（通常為 48V）之間定期切換。微控制器以 GND 為基準。這意味著相電流檢測子系統(tǒng)需要處理高共模電壓和高共模瞬態(tài)。共模瞬態(tài)的壓擺率在 10V/ns 范圍內。使用新出現(xiàn)的快速開關 GaN-FET，壓擺率會明顯更高。最好在微控制器和電流傳感器之間使用數(shù)字接口，利用該接口提高信號完整性，并消除開關期間接地反彈的問題。

圖 2-1 顯示了一個 PWM 周期內電機相電流之一和相應 PWM 電壓的簡化圖表。對于閉環(huán)控制，只需測量 PWM 中心的相電流即可。對于小 PWM 占空比，PWM 開關的上升沿或下降沿會下降到 Δ-Σ ADC 的采樣窗口內。占空比定義為高側 FET 的導通時間與 PWM 周期之比。

一種替代方法是以遠高于 PWM 頻率的采樣率持續(xù)對相電流進行采樣。對各個樣本求平均值，以獲得準確的平均電流測量結果并消除固有的電流紋波。該方法還支持快速短路和過流檢測，并且采樣率高達 2.5Msps 的情況并不少見。預測性維護就是持續(xù)過采樣的一個高級用例。例如，通過分析相電流頻譜特征，可以檢測軸承故障的發(fā)生。

對于這兩種方法，PWM 開關都在相電流采樣期間發(fā)生。因此，至關重要的是相電流傳感器不受高共模電壓瞬態(tài)干擾，并且 PWM 開關也不影響測量精度。

圖 2-1 閉環(huán)相電流控制和短路檢測中的電流采樣

用于高性能伺服驅動器的電流檢測子系統(tǒng)應當滿足以下要求：

• 高精度：優(yōu)于 1%
• 高分辨率：優(yōu)于 12 個有效位數(shù) (ENOB)
• 低傳播延遲（延時）：<20μs
• 高共模電壓：>60V
• 高共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI)： >>10V/ns
• 快速短路檢測：<2μs
• 具有高電磁干擾度（例如傳導射頻和快速瞬態(tài)突發(fā)）的數(shù)字接口
• 對外部磁場的抗擾度
• 小巧的 PCB 設計尺寸和薄型封裝