Σ-Δ調制器提高運動(dòng)控制效率設計方案

工業(yè)運動(dòng)控制涵蓋一系列應用，包括基于逆變器的風(fēng)扇或泵控制、具有更為復雜的交流驅動(dòng)控制的工廠(chǎng)自動(dòng)化以及高級自動(dòng)化應用（如具有高級伺服控制的機器人）。這些系統需要檢測多個(gè)變量，例如電機繞組電流或電壓、直流鏈路電流或電壓、轉子位置和速度。變量的選擇和所需的測量精度取決于終端應用需求、系統架構、目標系統成本或系統復雜度。還有其他考慮因素，例如狀態(tài)監控等增值特性。據報道，電機占全球總能耗的40%，國際法規越來(lái)越注重全體工業(yè)運動(dòng)應用的系統效率（參見(jiàn)圖1）。

圖1：工業(yè)驅動(dòng)應用圖譜

各種電機控制信號鏈拓撲中的電流和電壓檢測技術(shù)會(huì )因電機額定功率、系統性能要求和終端應用而有所差異。由于這個(gè)原因，不同的傳感器選擇、電流隔離要求、模數轉換器選擇、系統集成度和系統電源/接地劃分，導致電機控制信號鏈實(shí)現方案也不相同。雖然隔離要求通常對最終電路拓撲和架構有著(zhù)重要影響，但本文關(guān)注的重點(diǎn)是如何改善電流檢測（作為一個(gè)影響因素）來(lái)實(shí)現更高效的電機控制系統。

電流和電壓測量

圖2所示為一個(gè)通用電機控制信號鏈。為實(shí)現高保真測量而進(jìn)行的信號調理并非易事。相位電流檢測尤其困難，因為該節點(diǎn)連接的電路節點(diǎn)與逆變器模塊核心中的柵極驅動(dòng)器輸出的節點(diǎn)相同，因此在隔離電壓和開(kāi)關(guān)瞬變方面的需求也相同。

圖2：通用電機控制信號鏈

電機控制中最常用的電流傳感器為分流電阻、霍爾效應（HE）傳感器以及電流互感器（CT）。雖然分流電阻不具有隔離功能且會(huì )引起損耗，但它是所有傳感器中最具線(xiàn)性、成本最低且同時(shí)適用于交流和直流測量的傳感器。為限制分流電阻功率損耗的信號電平衰減通常將分流應用損耗限制為50 A或更低。電流互感器和霍爾效應傳感器可提供固有的隔離，因此能夠用于電流較高的系統，但它們的成本更高，并且在精度上不及采用分流電阻的解決方案，這是由于此類(lèi)傳感器本身的初始精度較差或者在溫度方面的精度較差。與傳感器類(lèi)型不同，電機電流測量節點(diǎn)有很多選擇，如圖3所示，其中以直接同相繞組電流測量最為理想，可用于高性能系統。