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您是否曾設計、開發、使用或只是擺弄過任何無傳感器無刷直流 (BLDC) 電機控制系統？如果是這樣，您可能已經知道持續準確地了解電機繞組電流的重要性。電機旋轉運行可分為不同的狀態，首先是初始位置檢測或對齊，然后是開環狀態、閉環狀態、電機停止狀態。在所有狀態期間，控制器會不斷查看電機的電流和電壓反饋，以確定要應用到電機的下一個相位信號。控制器還使用電流反饋來檢測故障條件并作出相應的反應，從而使電機系統穩定可靠。 我們可以說，電流檢測是任何無傳感器電機控制運行的核心和靈魂。
圖 1：無傳感器 BLDC 電機系統的典型控制環路
電流檢測可通過兩種主要架構來完成：
- 傳統方法 – 外部電阻器電流檢測：通過添加一個與電機相位串聯的電阻器（也稱為直列式電流檢測），或在低側 FET 源極下添加一個電阻器（也稱為基于低側分流電阻的電流檢測），可實現這種類型的電流檢測。在這兩種情況下，使用電壓放大器測量電阻器兩端的壓降，然后使用 ADC（用于電機換向）或比較器（用于監測）反饋至控制器。在三相 BLDC 電機系統中，您通常需要三個這樣的電阻器來測量每個繞組中的電流。您可以使用兩個檢測電阻來測量兩個繞組電流，然后計算控制器內第三個繞組中的電流。通過合并所有三個檢測電阻并僅測量一個總電流，可減少電阻器數量，但會限制您可以在系統中使用的控制技術類型。這些電阻器需要是功率電阻器，能夠處理滿載電機電流。電阻器還將有一些顯著的功率損耗，從而在電路板上產生熱點。
圖 2：基于低側分流電阻的電流檢測架構
在使用單個分流電阻器測量電機總電流的 DRV8313 參考設計示例中，電阻器尺寸為 3.05mm x 1.55mm。與電路板上的其他元件相比，單個分流電阻器的占用空間是三相集成電機驅動器 DRV8313 占用空間的 13%。如要使用三個電阻器來測量所有繞組電流，那么電阻器會占用電路板上總驅動器面積的 50%！
圖 3：DRV8313 參考設計電路板
- 一種新方法 – 集成電流檢測：在具有集成電流檢測功能的器件中，在電機（集成 FET）驅動器內部檢測電流。在此架構中，功率 FET 中的電流將復制到較小的 FET 并在向電機控制器提供反饋之前傳遞至放大器，從而檢測繞組電流。此技術無需在電路板上使用任何電流檢測元件（因此節省了相當多的布板空間！）。另一個好處是消除了系統中的一個熱耗散和功率損耗源。因此，這種方法使整個系統變得更小且發熱更少。您可參閱DRV8316 EVM 設計示例，該設計的電路板上沒有大型電阻器，因此比任何外部電流檢測類設計尺寸更小。
圖 4：DRV8316 EVM 電路板
在此常見問題解答的下一部分中，我們將討論采用這兩種架構的系統參數，例如電流檢測的傳遞函數和精度。請持續關注，了解無傳感器 BLDC 電機系統中的電流檢測 |
