Σ-Δ調(diào)制器提高運動控制效率設(shè)計方案

工業(yè)運動控制涵蓋一系列應(yīng)用，包括基于逆變器的風(fēng)扇或泵控制、具有更為復(fù)雜的交流驅(qū)動控制的工廠自動化以及高級自動化應(yīng)用（如具有高級伺服控制的機器人）。這些系統(tǒng)需要檢測多個變量，例如電機繞組電流或電壓、直流鏈路電流或電壓、轉(zhuǎn)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(yīng)用需求、系統(tǒng)架構(gòu)、目標系統(tǒng)成本或系統(tǒng)復(fù)雜度。還有其他考慮因素，例如狀態(tài)監(jiān)控等增值特性。據(jù)報道，電機占全球總能耗的40%，國際法規(guī)越來越注重全體工業(yè)運動應(yīng)用的系統(tǒng)效率（參見圖1）。

圖1：工業(yè)驅(qū)動應(yīng)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)會因電機額定功率、系統(tǒng)性能要求和終端應(yīng)用而有所差異。由于這個原因，不同的傳感器選擇、電流隔離要求、模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇、系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)電源/接地劃分，導(dǎo)致電機控制信號鏈實現(xiàn)方案也不相同。雖然隔離要求通常對最終電路拓撲和架構(gòu)有著重要影響，但本文關(guān)注的重點是如何改善電流檢測（作為一個影響因素）來實現(xiàn)更高效的電機控制系統(tǒng)。

電流和電壓測量

圖2所示為一個通用電機控制信號鏈。為實現(xiàn)高保真測量而進行的信號調(diào)理并非易事。相位電流檢測尤其困難，因為該節(jié)點連接的電路節(jié)點與逆變器模塊核心中的柵極驅(qū)動器輸出的節(jié)點相同，因此在隔離電壓和開關(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(yīng)（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引起損耗，但它是所有傳感器中最具線性、成本最低且同時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(yīng)用損耗限制為50 A或更低。電流互感器和霍爾效應(yīng)傳感器可提供固有的隔離，因此能夠用于電流較高的系統(tǒng)，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。與傳感器類型不同，電機電流測量節(jié)點有很多選擇，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(tǒng)。