變頻伺服系統(tǒng)中不可或缺的電流傳感器

時(shí)間：2015-09-07 20:51:23

關(guān)鍵字：變頻電流傳感器伺服系統(tǒng) BSP

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[導(dǎo)讀] 在電機(jī)控制的變頻伺服系統(tǒng)中，電流傳感器的采樣精度和實(shí)時(shí)性很大程度上決定了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。精確的電流檢測(cè)是提高系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和快速性的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。同時(shí)，當(dāng)電機(jī)發(fā)

在電機(jī)控制的變頻伺服系統(tǒng)中，電流傳感器的采樣精度和實(shí)時(shí)性很大程度上決定了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能。精確的電流檢測(cè)是提高系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和快速性的重要環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。同時(shí)，當(dāng)電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)或負(fù)載過(guò)重時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)電流傳感器檢測(cè)到線路上發(fā)生過(guò)流，可以驅(qū)動(dòng)IPM模塊實(shí)現(xiàn)關(guān)斷保護(hù)功能。下圖一是用于電機(jī)控制的變頻伺服系統(tǒng)框圖：

圖一: 用于電機(jī)控制的變頻伺服系統(tǒng)框圖

電流傳感器按照工作原理可以分為:霍爾電流傳感器、電流互感器、磁阻式電流傳感器、電阻式電流傳感器、光纖電流傳感器等。而在變頻伺服系統(tǒng)中，常見(jiàn)的電流傳感器主要有霍爾電流傳感器、電流互感器及電阻式電流傳感器。利用霍爾效應(yīng)原理的霍爾電流傳感器可直接將電流(單向或雙向)信號(hào)變換為直流電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)獨(dú)立或集成在MCU中的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。作為系統(tǒng)控制參數(shù)之一，與其他的電壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。現(xiàn)以MELEXIS的霍爾電流傳感器為例，做簡(jiǎn)要介紹。

MELEXIS的霍爾電流傳感器也分為傳統(tǒng)的霍爾電流傳感器方案以及MELEXIS獨(dú)有的專利技術(shù)的三軸平面霍爾電流傳感器方案，如下圖二中左邊的部分，傳統(tǒng)的霍爾電流傳感器方案需要額外的屏蔽磁環(huán)或屏蔽罩。其抗干擾性能很好，可以檢測(cè)較大的電流。下圖二中右邊的是三軸平面霍爾電流傳感器方案，內(nèi)部集成了集磁片(IMC)，集磁片具有很高的磁導(dǎo)率和低的磁滯特性。能將通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁力線會(huì)聚，使其垂直于芯片。因此不需要額外的屏蔽罩。使得產(chǎn)品尺寸很小、安裝和使用變得很簡(jiǎn)單，可用于中小功率的變頻伺服系統(tǒng)中，做小電流檢測(cè)應(yīng)用。

圖二: 傳統(tǒng)霍爾電流傳感器方案及三軸平面霍爾電流傳感器方案

MELEXIS的傳統(tǒng)霍爾電流傳感器主要有MLX91207，MLX91209,三軸平面霍爾電流傳感器主要有MLX91205，MLX91206,MLX91208，如下圖三所示：以及片內(nèi)集成被測(cè)電流載體的MLX91210，這是MELEXIS第三代的電流傳感器產(chǎn)品，檢測(cè)電流范圍有±20A、±30A和±50A三種。非常適合用在中小功率的變頻伺服系統(tǒng)中，用來(lái)做電流檢測(cè)。

圖三：MELEXIS傳統(tǒng)霍爾及平面霍爾電流傳感器型號(hào)

MLX91210主要特性：

體積小
低功耗、散熱少
差分技術(shù)抗外場(chǎng)干擾能力強(qiáng)
溫漂補(bǔ)償
帶寬大，響應(yīng)時(shí)間5us
絕緣電壓高

圖四： MLX91210內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

表一：MLX91210型號(hào)及特性表

圖五：MLX91210內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

世強(qiáng)代理的MLX91210內(nèi)部集成被測(cè)電流載體，電流可直接流入芯片內(nèi)部，最大電流可達(dá)±50A，在輸入電流為零時(shí)，輸出電壓為1/2VDD。5V版本的內(nèi)部集成電源調(diào)整器，因此不必?fù)?dān)心電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出精度的影響。全量程范圍內(nèi)的非線性度達(dá)到0.5%FS。

針對(duì)MLX91210，世強(qiáng)推薦的應(yīng)用電路如下圖：可以看出MLX91210使用起來(lái)，還是非常簡(jiǎn)單的，外圍只需要接幾個(gè)濾波電容即可，圖中的RC電路是為了提高分辨率和降低輸出噪聲。

圖六：MLX91210推薦應(yīng)用電路

世強(qiáng)市場(chǎng)經(jīng)理余彪總結(jié)道，電流傳感器在用于電機(jī)控制的變頻伺服系統(tǒng)中是不可或缺的，其精度、可靠性、抗干擾性能以及使用方便性，這些都是非常重要的。MELEXIS的電流傳感器恰好在這些方面都具有非常突出的優(yōu)勢(shì)。因此，是非常適合與這類應(yīng)用的。