簡潔有效的需求 　　 消費(fèi)者和政府對于提高能源利用率的需求日趨緊迫，促使家用電器和小型工業(yè)系統(tǒng)等所有領(lǐng)域內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動技術(shù)不斷取得進(jìn)步。調(diào)速驅(qū)動技術(shù)是降低這些電機(jī)總體能耗的關(guān)鍵所在，但是，設(shè)計人員仍需要一種既能節(jié)約成本又能獲得寬調(diào)速范圍和力矩控制帶寬的驅(qū)動器體系結(jié)構(gòu)，而實現(xiàn)這一要求的關(guān)鍵就在于一種簡潔明了的電機(jī)電流檢測方案。 　　 電機(jī)電流檢測電路可提供重要的反饋信息，將該信息與來自主控DSP或MCU的控制信號相結(jié)合，可以控制MOSFET或IGBT的柵極驅(qū)動芯片并最終調(diào)整電機(jī)速度。如果要實現(xiàn)過流保護(hù)，還必需進(jìn)行電流監(jiān)控，不過對于低端應(yīng)用而言傳統(tǒng)的過流保護(hù)卻顯得過于昂貴。 　　 如何處理電機(jī)電流信號 　　 選擇最佳的電機(jī)電流檢測位置將在很大程度上影響檢測電路的規(guī)模和復(fù)雜性。 [ALIGN=CENTER] 圖1：電流檢測方法[/ALIGN] 如圖1所示，在某些位置采樣時，電流信號有可能包含高次諧波成分， 這樣一來，就必須采用復(fù)雜的信號處理方法以要提取所需的電流成分。例如，在與直流母線正端或負(fù)端相串聯(lián)的位置采樣電流信號時，將得到各IGBT橋臂電流的矢量和，如圖1所示。該信號中脈寬調(diào)制波（固定載波頻率）的包絡(luò)才是可變的電機(jī)電流基頻成分，因而，必須采用相當(dāng)復(fù)雜的采樣保持電路及數(shù)字信號處理電路，才能從中提取到具備良好線性度和精度的有用電流信息。 另外，也可以在每組IGBT橋臂的底部進(jìn)行電流采樣，如圖1中所示。此時信號處理要求會有所降低，但是仍不可避免地需要根據(jù)載波頻率進(jìn)行采樣。 　　 顯然，由電機(jī)相線引出端可獲得最為簡單的電流信號，該信號中只包含可變的電機(jī)電流基頻成分。然而，也會出現(xiàn)一個需要注意的新問題：檢測過程需通過一枚串聯(lián)電阻將電流轉(zhuǎn)化為mV級的微小差分信號，該信號卻又浮動于600V到1200V的共模電壓之上。而且，該共模電壓還會隨著IGBT逆變器橋臂的開關(guān)切換，以高達(dá)10V/ns的 dV/dt變化率，在直流母線的負(fù)端和正端之間來回擺動。在過去，該問題曾經(jīng)是實現(xiàn)低成本電流模式控制的一大障礙。 　　 直接檢測電機(jī)相電流 　　 目前，國際整流器公司的HVIC技術(shù)使得檢測這種浮動于巨大共模電壓（且包括快速瞬變）之上的差分電壓信號成為可能。該技術(shù)將一個可以低端接地的CMOS電路與另一個高端浮動CMOS電路預(yù)制在一起，并在其間植入一個N溝道或P溝道LDMOS隔離區(qū)，LDMOS可以穿越低端和高端電路間的高壓勢壘實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)移，從而傳遞控制信號。因此，HVIC技術(shù)能夠以單芯片器件快速而精確地檢測電機(jī)相線引出端的電流，從而簡化硬件設(shè)計和信號處理要求。電平轉(zhuǎn)移電路還能夠抵御高達(dá)50V/ns的快速瞬變，已高于IGBT逆變器產(chǎn)生的10V/ns的典型共模dV/dt噪聲。 　　 IR公司已經(jīng)為高速、單相電流檢測推出了兩款新型HVIC芯片：IR2277和IR22771，并且都具備電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用所需的同步采樣能力。 如圖2所示，各芯片的第一級由可抵御PWM諧波并降低電流紋波靈敏度的自動調(diào)諧濾波器構(gòu)成。該濾波器能夠從SYNC信號中自動提取PWM頻率，并將傳輸零點置于偶次諧波頻點。對PWM的半周期進(jìn)行積分以獲得和單一實極點位于PWM頻率時相類似的頻率響應(yīng)特性，因而可以抵御高頻噪聲。此外，準(zhǔn)確放置于PWM偶次諧頻的多重傳輸零點可進(jìn)而提高衰減比。 　　 芯片的第二級以兩倍于SYNC的頻率采樣第一級的輸出結(jié)果。如果將SYNC信號相對于三角載波信號邊緣（SYNC2）移位90度，則結(jié)合該過程，就可以完全去除輸入信號中的奇次諧波。 [align=center] 圖3：IR2277 的應(yīng)用電路[/align] IR22771可將微小電壓差轉(zhuǎn)化為PWM輸出，而IR2277不僅提供PWM信號，也提供模擬輸出，如圖2 所示。PWM輸出信號及重建的模擬信號可以和MCU或DSP的力矩控制環(huán)接口互連。 　　 以HVIC進(jìn)行設(shè)計 　　 IR2277的應(yīng)用電路如圖3所示。由于直接檢測電機(jī)相電流，因而只需處理頻率可變的電機(jī)電流基波。檢測到的電流與流經(jīng)外部分流電阻的模擬電壓成比例，然后IR2277將該模擬電壓轉(zhuǎn)化為時間間隔，并通過電平轉(zhuǎn)移為DSP或模擬數(shù)字接口提供適宜的數(shù)字PWM輸出信號，且無需額外的邏輯電路。IR2277也可以提供與被測電流成比例的模擬輸出電壓，其值域取決于外部參考電壓。 　　 芯片的最大吞吐率為每秒40k次采樣，適用于高達(dá)20kHz的非對稱PWM調(diào)制，且20kHz時最大延時小于7.5祍。由于采用了可免除噪聲的雙向電平轉(zhuǎn)移電路，因而可獲得高達(dá)50V/ns的免出錯共模dV/dt噪聲承受能力。 　　 面向低成本驅(qū)動器的芯片組 　　 IR2277和IR22771還可以產(chǎn)生快速的過電流信號以保護(hù)IGBT。結(jié)合IR22381Q等同樣采用IR公司的HVIC技術(shù)構(gòu)建的IGBT驅(qū)動芯片，能夠使設(shè)計人員實現(xiàn)低成本的IGBT保護(hù)，以防范相間短路、對地故障和橋臂貫穿電流。對IGBT而言，由上述故障引起的過流是致命的，只是分立元件保護(hù)電路的高成本和復(fù)雜性曾使得這類保護(hù)特性僅能應(yīng)用于高端電機(jī)驅(qū)動。 　　 總之，在實用的低成本調(diào)速電機(jī)驅(qū)動中， HVIC技術(shù)已經(jīng)可以固化過去由光電隔離器或霍耳效應(yīng)傳感器等大量笨重分立元件所完成的功能，并將其整合為單一的電流檢測芯片和驅(qū)動芯片，且僅需附加少量的外部無源元件，以完成檢測、偏置和確定時間常數(shù)等基本功能。