伺服驅(qū)動器中電流采樣電路設計

在伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)中，為實現(xiàn)磁場定向控制，需要至少對兩相電機繞組的電流進行采樣，這兩路電流采樣將作為電流反饋信號使伺服驅(qū)動實現(xiàn)電流閉環(huán)，可以這樣說，電流信號采樣是伺服控制系統(tǒng)硬件的一個重要模塊，也是一大難點。

　　常規(guī)電流采樣電路設計

　　如今，大多數(shù)伺服驅(qū)動使用采樣電阻和線性光耦搭建的一路電流采樣電路，如圖1所示。

　　其中，rsense是功率型采樣電阻，mc34081為運算放大器，78l05為三端穩(wěn)壓電源。hcpl-7840為線性光耦，其2,3引腳為信號輸入端，6,7引腳為信號輸出端，在輸入端輸出端供電電壓均為5v的情況下，當2,3引腳輸入的差值電壓變化時，6,7引腳的輸出信號將隨著輸入信號分別進行遞增和遞減的線性變化。

　　由圖1所示可知，當伺服電機正常工作時，將采集通過繞組的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)椴杉蓸与娮鑳啥穗妷褐担⒃撾妷褐低ㄟ^線性光耦進行隔離放大，再經(jīng)過運算放大器，a/d轉(zhuǎn)換送給dsp進行數(shù)據(jù)分析，進而實現(xiàn)電流環(huán)閉環(huán)控制。在實際實驗過程中，由于伺服電機等外界條件干擾，dsp所接收到的電流采樣信號會有相對較大程度的干擾，故必須在電路中增加相應的濾波措施。

　　新型電流采樣電路設計

　　采用采樣電阻和線性光耦搭建的采樣電路均為模擬電路，很容易受到外界的干擾，在電路調(diào)試過程中，濾除雜波尤為繁瑣。為使得電流采樣信號更精確，使電流環(huán)閉環(huán)效果更好，我們又設計了一種采用高壓線性電流傳感器ir2175來實現(xiàn)電流采樣的方案，并做對比實驗。

　　芯片概述

　　ir2175是ir公司專為交流或直流無刷電機的驅(qū)動應用而設計的高壓線性電流傳感器，它內(nèi)置電流檢測和保護電路，可通過串聯(lián)在繞組回路的采樣電阻來進行電流采樣，并且該芯片能自動將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字pwm信號并可以直接送于處理器進行數(shù)據(jù)處理[2]。電路設計

　　如圖2電路圖可知，r2和r3為采樣電阻，q1～q6為igbt，d2～d4和d6～d7為快恢復二極管。ir2175芯片的vcc為供電引腳，接+15v。po是開漏的pwm輸出腳，在本次實驗過程中，將po端直接與dsp相連，故在接口電路部分需接一個上拉電阻上拉到3.3v。com為接地端，為過流信號輸出端，v+為采樣電壓正向輸入端，vb與vs為高端浮置電源電壓端，vbs為一個在vs的電壓峰值上面浮動的電源，所以在該電路中，我們使用d1二極管管和c1電容器組成一個自舉電源[3]。它的工作原理是：當vs通過低端igbt下拉到地時，自舉電容c1便通過自舉二極管d1用+15v的vcc電源進行充電，從而提供了電源vbs。當vs通過高端開關(guān)被拉到最高電壓時，vbs是浮動的，此時自舉二極管被反向偏置，從而阻斷了充電回路[2]。二極管選擇恢復時間小于100ns的快恢復二極管。vs管腳和半橋輸出之間的電阻r1應在10～20ω的范圍內(nèi)。

　　圖1 基于采樣電阻與線性光耦的電流采樣電路[1]

　　圖2 基于ir2175的采樣電路