电机控制

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<strong>简介</strong>

低压差稳压器(LDO)可用来为高速时钟、模数转换器、数模转换器、压控振荡器和锁相环这些电路供电。噪声对于高性能模拟电路的设计人员而言极为重要。降低噪声的关键是保持LDO噪声增益接近单位增益，且不影响交流性能或直流闭环增益。

本文描述简单的RC网络如何降低可调节输出低压差稳压器的输出噪声。本文通过实验数据来演示这一简单方法的有效性。虽然RC网络的主要目的是降噪，但它也能改善电源抑制和负载瞬态响应。

图 1 显示典型可调节输出LDO的简化框图。输出电压VOUT等于基准电压与误差放大器直流闭环增益的乘积：VOUT = VR × (1 + R1/R2)，其中(1 + R1/R2)是误差放大器的直流闭环增益。

误差放大器噪声VN和基准电压噪声VRN放大相同的倍数，使输出噪声与设定的输出电压成比例增加。这使得输出电压上的噪声比参考电压高但小于 2 倍，输出噪声适度增加但在敏感应用 中哪怕这种适度增加都有可能无法接受。

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<strong>作者 ：Walt Kester、James Bryant、Mike Byrne</strong>

目前的信号处理系统一般需要混合信号器件，例如模数转换器 (ADC)、数模转换器 (DAC)和快速数字信号处理器 (DSP)。由于需要处理宽动态范围的模拟信号，因此拥有高性能ADC 和 DAC 显得更加重要。在恶劣的数字环境内，能否保持宽动态范围和低噪声与采用良好的高速电路设计技术密切相关，包括适当的信号路由、去耦和接地。

过去，一般认为“高精度、低速”电路与所谓的“高速”电路有所不同。对于 ADC 和DAC，采样（或更新）频率一般用作区分速度标准。不过，以下两个示例显示，实际操作中，目前大多数信号处理 IC 真正实现了“高速”，因此必须作为此类器件来对待，才能保持高性能。DSP、ADC 和 DAC 均是如此。所有适合信号处理应用的采样 ADC（内置采样保持电路的 ADC）均采用具有快速上升和下降时间（一般为数纳秒）的高速时钟工作，即使吞吐量看似较低也必须视为高速器件。例如，中速 12 位逐次逼近型 (SAR) ADC 可采用 10 MHz 内部时钟工作，而采样速率仅为500 kSPS。

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<strong>电路功能与优势</strong>

数字控制电流源在许多应用中至关重要，如电源管理、电磁阀控制、电机控制、阻抗测量、传感器激励和脉搏血氧仪等。本文介绍三种利用 DAC、运算放大器和 MOSFET 晶体管构建支持串行接口数字控制的电流源。

所选DAC为配有标准串行接口的高分辨率（14 或 16 位）、低功耗CMOS。16位DAC AD5543提供超紧凑(3 mm × 4.7 mm)的 8 引脚MSOP和 8 引脚SOIC两种封装。14 位DAC AD5446提供小型 10 引脚MSOP封装。这两款DAC均与大多数DSP接口标准兼容，而且兼容SPI、QSPI和MICROWIRE。外部基准电压输入允许输出电平可以有许多变化，最高可达 10 V。器件组合实现了业界领先的小 PC 板面积、低成本、高分辨率特性。三种设计均提供低风险解决方案，并使用业界标准器件。

<strong>电路描述</strong>

所有三个电路的DAC都需要 5 V单电源，运算放大器需要±15V电源。一些电路可能需要一个精确的外部基准电压源（参见教程 MT-087）。

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<strong>作者：Neil Zhao, Wenshuai Liao 和 Henri Sino</strong>

<strong>简介</strong>

在电机控制、电磁阀控制、通信基础设施和电源管理等诸多应用中，电流检测是精密闭环控制所必需的关键功能。从安全至关重要的汽车和工业应用，到电源和效率至关重要的手持式设备，都能发现它的身影。利用精密电流监控，设计人员可以获得关键的瞬时信息，例如电机扭矩（根据电机电流）、DC/DC转换器效率、基站LDMOS（横向扩散MOS）功率晶体管的偏置电流，或者短接至地等诊断信息。

为了理解系统设计人员在为电路板选择最精确、最具成本效益的电流传感器时所面对的重要权衡、选择和挑战，我们将仔细讨论蜂窝基站功率放大器的LDMOS偏置电流监控及其它相关应用中的电流检测。

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<strong>应用</strong>

* MOSFET/IGBT栅极驱动器
* 光伏逆变器
* 电机驱动
* 电源

<strong>概述</strong>

ADuM4135是一款单通道栅极驱动器，专门针对驱动绝缘栅双极性晶体管(IGBT)进行了优化。ADI公司的iCoupler®技术在输入信号与输出栅极驱动器之间实现隔离。

ADuM4135提供米勒箝位，以便栅极电压低于2 V时实现稳健的IGBT单轨电源关断。输出侧可以由单电源或双电源供电，是否使能米勒箝位功能也可以进行配置。ADI公司芯片级变压器还提供芯片高压侧与低压侧之间的控制信息隔离通信。芯片状态信息可从专用的管脚读取。当器件副边出现故障时，可以在原边对复位操作进行控制。去饱和检测电路集成在ADuM4135上，提供高压下IGBT的短路工作保护。去饱和保护包含降低噪声干扰的功能，比如在开关动作之后提供300 ns的屏蔽时间，用来屏蔽初始导通时产生的电压尖峰。内部500 µA电流源有助于降低整体器件数量，但如需提高抗噪水平，内部消隐开关也支持使用外部电流源。

副边UVLO设置为IGBT通用的11 V阈值水平。

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解决问题的方法通常不止一种。有时使用最广泛的方法并不会产生最大利益。电机控制项目的系统设计人员使用各种电流测量方法确保电机高效运行并防止可能的损坏。在电机设计中有三种主要方法可测量电流。在本博文中，将回顾这三种方法，并分享直列式电机电流感应使用增强型脉冲宽度调制（PWM）抑制的五大优势。

如图1所示，基本上有三种不同的方法来测量三相电动机驱动系统中的电流：低侧、直流链路和直列测量。图1所示的是传统三相PWM逆变器，该逆变器使用三对功率MOSFET（绝缘栅双极晶体管IGBT也很常见）来驱动直流电动机。该图还包括高侧电流感应，其通常在显著错误情况下使用，比如接地电路短路的情况。

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由于未来几年新能源汽车市场将持续走好，该领域市场潜力将会逐渐释放，电机控制器市场规模也将逐渐提升。综合技术和市场趋势分析，未来，车用驱动电机系统的三个技术发展方向是永磁化、数字化和集成化。

本篇中我们将继续分析新能源汽车核心零部件中另一重要领域——电机控制器。

<strong>技术</strong>

电池技术、电机驱动及其控制技术、能量管理技术以及电动汽车整车技术为电动汽车四大关键技术。电控系统用于控制电池、电机等组件，其功能包括：电池管理，发动机、电动机能量管理等。电控系统由ECU等控制系统、传感器等感应系统、驾驶员意图识别等子系统组成。电控系统的材料成本占比不高，但需要经过多次试验才能掌握关键算法，尤其是混合动力汽车涉及油、电混合的控制策略，技术壁垒较高。

电机控制器作为新能源汽车中连接电池与电机的电能转换单元，是电机驱动及控制系统的核心，主要包含IGBT功率半导体模块及其关联电路等硬件部分以及电机控制算法及逻辑保护等软件部分。

电机驱动控制系统(包括驱动电机和电机控制器)是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，控制和驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。

一般来讲，电机控制器的主要由如下几部分组成：

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<strong>作者：Colin Duggan和Denis Labrecque，ADI公司</strong>

鉴于在性能、成本、功耗、尺寸、新功能和效率等方面宏大的提升目标，未来嵌入式系统的设计面临着复杂的挑战。不过，一种有望解决这些复杂问题的设计选项已开始崭露头角——即模拟元件与ARM®微控制器内核的智能集成。这种方案与传统模拟集成的区别在于，新方案具有超高的性能，还经过了多种优化，以解决具体的系统级问题。虽然每个市场对这些提升领域的优选次序都有着自己的认识，但同时满足多个因素的要求实为众望所归，可以通过集成多个分立式元件来实现。从逻辑上讲，组合多个器件可以实现这些嵌入式系统目标中的一大部分，但只是简单地把多个分立式元件与一枚处理器集成到一个封装之中，这并非答案所在；解决方案要复杂得多，需要智能集成。

<strong>模拟与数字的智能集成</strong>

本电路提供非接触式AMR(各向异性磁阻)角度测量解决方案，可在180°范围内具有1°角度精度。该电路适合高速、精确、非接触式角度测量应用。电路提供全部必要的信号调理，包括仪表放大器、缓冲器和双通道ADC，可高效处理 AMR传感器的低电平电桥输出。

使用该电路是一种业界领先的角度测量解决方案，适用于机床速度控制、起重机角度控制、电机速度测量和其他工业或汽车应用。