工業(yè)電機(jī)控制系統(tǒng)

　　無刷直流電機(jī)：高可靠性和高輸出功率

　　無刷直流(BLDC)電機(jī)既沒有換向器也沒有碳刷，相對于直流電機(jī)而言需要更少的維護(hù)。相對于感應(yīng)電機(jī)或直流電機(jī)而言，同等規(guī)格的無刷直流電機(jī)能提供更大的輸出功率。BLDC電機(jī)的定子與感應(yīng)電機(jī)的定子非常相似。但是，BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以采用不同形式，當(dāng)然，都屬于永久磁鐵。氣隙磁通量由磁鐵固定，不受轉(zhuǎn)子電流的影響。BLDC電機(jī)還需要一定形式的轉(zhuǎn)子位置檢測。通常利用定子中嵌入的霍爾器件檢測轉(zhuǎn)子位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁極經(jīng)過霍爾傳感器附近時，會有一個信號指示通過的是北極還是南極。Maxim提供多款霍爾傳感器，如MAX9641，這些器件集成了兩個霍爾傳感器和數(shù)字邏輯電路，可提供磁場位置、方向輸出，從而簡化設(shè)計并降低系統(tǒng)成本。

　　傳感器、信號轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)接口的重要性

　　在電機(jī)控制環(huán)路中，有幾種類型的傳感器提供反饋信息。這些傳感器還用于檢測可能損壞系統(tǒng)的故障狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)可靠性。下面介紹傳感器在電機(jī)控制中的作用，特別是電流檢測放大器、霍爾傳感器和可變磁阻(VR)傳感器。其它內(nèi)容包括：利用高速ADC監(jiān)測、控制多通道電流和電壓，高精度電機(jī)控制所需的編碼器數(shù)據(jù)接口等。

　　電流監(jiān)測

　　電流是用于監(jiān)控并反饋給電機(jī)控制環(huán)路的常見信號。利用電流檢測放大器可以輕松地精確監(jiān)測系統(tǒng)流入、流出的電流。采用電流檢測放大器可以省去傳感器，因為需要測量的是電信號本身。電流檢測放大器能夠檢測短路和瞬態(tài)狀況，并監(jiān)測電源和電池反接故障。

　　電流測量

　　電流測量有很多渠道，但截至目前為止，最常見的方案是采用檢流電阻進(jìn)行測量。這種方法的基本原理是：利用基于運放的差分放大器對檢流電阻兩端的電壓進(jìn)行放大，然后測量放大后的電壓信號。傳統(tǒng)設(shè)計中通常采用分立器件。但分立方案存在一些缺點，例如：需要匹配電阻、具有較差的溫漂特性，并占用較大面積。幸運的是，這些缺點可以通過在設(shè)計中使用集成電流檢測放大器得以解決。放大器不僅測量電流，還可以檢測電流方向，具有較寬的共模范圍，能夠提供高精度測量。電流測量可以采用低邊檢測(檢測電阻與接地通路串聯(lián))，也可以采用高邊檢測(檢測電阻與火線串聯(lián))。低邊檢測中，電路的輸入共模電壓較低，輸出電壓以地為參考，但低邊電阻在接地通路增加了所不希望的外部電阻。高邊檢測中，負(fù)載接地，但高邊電阻必須承受相當(dāng)大的共模信號。高邊檢測能夠?qū)收蠣顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)測，例如，電機(jī)外殼或繞組對地短路。

　　高邊電流檢測放大器，如MAX4080/MAX4081，將檢流電阻放置在電源正端和被監(jiān)測電路的電源輸入之間。這種設(shè)計消除了在地通道引入外接電阻，大大簡化了布局，通常也有助于改善電路的總體性能。Maxim可提供單向和雙向電流檢測IC，如MAX9918-MAX9920。器件的多樣性為設(shè)計提供極大靈活性，并簡化了各種ADC及其應(yīng)用的器件選型。MAX9918/MAX9919/MAX9920是輸入范圍為-20V至+75V的電流檢測放大器。這些器件能夠在惡劣環(huán)境下支持單向/雙向電流檢測(圖2)，這種環(huán)境下，輸入共模范圍可能為負(fù)值。單向/雙向電流檢測相結(jié)合，能夠測量系統(tǒng)的充電電流和放電電流。單電源供電，大大節(jié)省系統(tǒng)的總體成本。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]Maxim工業(yè)控制方案指南,Maxim

　　[2]MAX4080數(shù)據(jù)手冊,Maxim

　　[3]MAX9918數(shù)據(jù)手冊,Maxim

　　[4]MAX15024數(shù)據(jù)手冊,Maxim

　　[5]MAX9621數(shù)據(jù)手冊,Maxim