TI廣泛的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品系列包括內(nèi)置了電流感測(cè)功能的器件，其中大多數(shù)均使用外部分流電阻作為測(cè)量源。通過(guò)將電流感測(cè)放大器與驅(qū)動(dòng)器結(jié)合在一起，為電機(jī)接口提供了一體化的解決方案，并且能夠以更低的成本實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的電流感測(cè)。圖 7-1 所示為所有可用的電流感測(cè)拓?fù)洹?/p>

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內(nèi)置于這些器件中的集成電流感測(cè)放大器 (CSA) 通常分為三類(lèi)，每一類(lèi)都各有其優(yōu)點(diǎn)。這些類(lèi)別將在后續(xù)部分中做介紹。

單個(gè)高側(cè)分流器

圖 7-2 所示為一個(gè)用于高側(cè)電流感測(cè)的電路。

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進(jìn)行高側(cè)電流感測(cè)的好處包括：

? 直接測(cè)量來(lái)自電源的電流

? 可檢測(cè)負(fù)載短路

? 抗接地干擾

進(jìn)行高側(cè)電流感測(cè)的一個(gè)缺點(diǎn)是它需要較高的共模電壓。

單個(gè)低側(cè)分流器

圖 7-3 所示為一個(gè)低側(cè)電流分流器的電路。

使用低側(cè)分流器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它需要較低的共模電壓。使用低側(cè)分流器的缺點(diǎn)是它更容易受到接地噪聲的影響并且無(wú)法檢測(cè)到接地短路。

兩相和三相分流放大器

圖 7-4 所示為一個(gè)包含兩相和三相 CSA 的電路。

兩相和三相 CSA 有利于電路板布局布線，因?yàn)樗鼈兙哂休^低的共模電壓要求。此外，它們還允許單獨(dú)測(cè)量每個(gè)通道，因此可用于更復(fù)雜的控制方案，例如磁場(chǎng)定向控制。

在電路板布局布線中使用兩相和三相 CSA 的缺點(diǎn)包括：?

? 對(duì)接地噪聲的敏感度更高?

? 無(wú)法檢測(cè)接地短路?

? 會(huì)需要更多軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總電流

元件選型

選擇檢流電阻時(shí)，需要在精度和功耗之間進(jìn)行權(quán)衡。功率級(jí)中的大電流會(huì)流經(jīng)檢流電阻，因此所選電阻值必須很小，以便將功率耗散保持在盡可能低的水平。對(duì)于大電流系統(tǒng)，電阻值通常以mΩ為單位。例如，驅(qū)動(dòng) 20A 電流并采用 1mΩ 感測(cè)電阻的系統(tǒng)將通過(guò)該電阻消耗 400mW 功率。在這種情況下，CSA 的輸入端只接收到 20mV 的信號(hào)。增加電阻值可提高信噪比，但也會(huì)增加功率耗散。此外，還必須考慮 CSA 的性能參數(shù)。在針對(duì)系統(tǒng)中最壞情況下的電流進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所選的分流電阻應(yīng)防止電流感測(cè)輸入引腳上的電壓高于 CSA 的絕對(duì)最大額定值。在正常運(yùn)行期間，該電壓必須保持在規(guī)定的差分電壓范圍參數(shù)內(nèi)。選擇感測(cè)電阻時(shí)，請(qǐng)參閱器件數(shù)據(jù)表。對(duì)于使用外部增益電阻的器件，例如 DRV3201-Q1，請(qǐng)選擇具有高精度的元件。元件不符合要求會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)間共模和差模增益的巨大變化。

放置

為盡可能減小布線阻抗，感測(cè)電阻的放置應(yīng)與功率級(jí)的元件一致。為降低耦合到電路板上其他布線的可能性，分流電阻也應(yīng)放置在靠近 CSA 連接件的位置。對(duì)于高側(cè)電流感測(cè)，分流電阻應(yīng)靠近電源與高側(cè) MOSFET 源極之間的星點(diǎn)。對(duì)于使用外部增益電阻的高側(cè)電流檢測(cè)器件，例如 DRV3205-Q1，分壓器中的第一個(gè)電阻應(yīng)放置在最靠近分流電阻的位置。其余元件應(yīng)放置在離器件最近的位置。對(duì)于低側(cè)電流感測(cè)，分流電阻應(yīng)位于低側(cè) MOSFET 源極與功率級(jí)星點(diǎn)接地連接件之間。對(duì)于在兩個(gè)或三個(gè)單獨(dú)相位上帶有分流電阻的系統(tǒng)，分流電阻應(yīng)放置于相應(yīng)低側(cè) MOSFET 的源極與星點(diǎn)接地連接件之間。

布線

必須使用差分對(duì)來(lái)完成感測(cè)信號(hào)的布線。在一個(gè)差分對(duì)中，兩個(gè)信號(hào)在布局中緊密耦合，布線必須從分流電阻或感測(cè)電阻并聯(lián)到IC輸入端的CSA。

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有用工具（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和差分對(duì)）

許多現(xiàn)代 CAD 工具實(shí)現(xiàn)了可幫助布局工程師進(jìn)行 PCB 正確布線的功能。本部分介紹的特性來(lái)自于 Altium Designer 工具；但是，許多其他工具也具有類(lèi)似的功能。在初始階段進(jìn)行 PCB 布線時(shí)，這些指南有助于在進(jìn)行感測(cè)電阻布線時(shí)指出哪些元件布線會(huì)具有欺騙性。對(duì)于低側(cè)分流電阻，負(fù)輸入可能會(huì)直接接地，而正輸入會(huì)直接連接到低側(cè)源極引腳。為避免這種情況，應(yīng)在器件和分流電阻之間放置一個(gè)網(wǎng)帶連接組件，這樣，設(shè)計(jì)人員就可在布局期間而不是在布線期間設(shè)置布線限制。圖 7-6 所示為放置網(wǎng)帶連接組件的一個(gè)示例。

使用差分對(duì)的布局技術(shù)會(huì)對(duì)兩個(gè)緊密耦合的信號(hào)進(jìn)行平行布線，從而降低共模噪聲。建議使用差分對(duì)進(jìn)行從分流電阻到 CSA 的信號(hào)布線。為了進(jìn)一步降低噪聲耦合，請(qǐng)勿讓對(duì)噪聲敏感的布線與有噪聲（開(kāi)關(guān)）的信號(hào)布線平行。

輸入和輸出濾波器

檢測(cè)放大器的輸入和輸出濾波器盡可能靠近檢測(cè)放大器放置。這樣放置可確保器件接收到的不良噪聲被限制在濾波器和檢測(cè)放大器之間。圖 7-7 所示為輸入濾波器（C40、R30 和 R31）的示例布局。

注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路板布局布線時(shí)，請(qǐng)遵循以下原則：

? 使用開(kāi)爾文連接

? 使布局對(duì)稱(chēng)

? 閉合所有連接

? 使用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和差分布線工具