工业电机控制系统

　　无刷直流电机：高可靠性和高输出功率

　　无刷直流(BLDC)电机既没有换向器也没有碳刷，相对于直流电机而言需要更少的维护。相对于感应电机或直流电机而言，同等规格的无刷直流电机能提供更大的输出功率。BLDC电机的定子与感应电机的定子非常相似。但是，BLDC电机的转子可以采用不同形式，当然，都属于永久磁铁。气隙磁通量由磁铁固定，不受转子电流的影响。BLDC电机还需要一定形式的转子位置检测。通常利用定子中嵌入的霍尔器件检测转子位置。当转子的磁极经过霍尔传感器附近时，会有一个信号指示通过的是北极还是南极。Maxim提供多款霍尔传感器，如MAX9641，这些器件集成了两个霍尔传感器和数字逻辑电路，可提供磁场位置、方向输出，从而简化设计并降低系统成本。

　　传感器、信号转换和数据接口的重要性

　　在电机控制环路中，有几种类型的传感器提供反馈信息。这些传感器还用于检测可能损坏系统的故障状态，从而提高系统可靠性。下面介绍传感器在电机控制中的作用，特别是电流检测放大器、霍尔传感器和可变磁阻(VR)传感器。其它内容包括：利用高速ADC监测、控制多通道电流和电压，高精度电机控制所需的编码器数据接口等。

　　电流监测

　　电流是用于监控并反馈给电机控制环路的常见信号。利用电流检测放大器可以轻松地精确监测系统流入、流出的电流。采用电流检测放大器可以省去传感器，因为需要测量的是电信号本身。电流检测放大器能够检测短路和瞬态状况，并监测电源和电池反接故障。

　　电流测量

　　电流测量有很多渠道，但截至目前为止，最常见的方案是采用检流电阻进行测量。这种方法的基本原理是：利用基于运放的差分放大器对检流电阻两端的电压进行放大，然后测量放大后的电压信号。传统设计中通常采用分立器件。但分立方案存在一些缺点，例如：需要匹配电阻、具有较差的温漂特性，并占用较大面积。幸运的是，这些缺点可以通过在设计中使用集成电流检测放大器得以解决。放大器不仅测量电流，还可以检测电流方向，具有较宽的共模范围，能够提供高精度测量。电流测量可以采用低边检测(检测电阻与接地通路串联)，也可以采用高边检测(检测电阻与火线串联)。低边检测中，电路的输入共模电压较低，输出电压以地为参考，但低边电阻在接地通路增加了所不希望的外部电阻。高边检测中，负载接地，但高边电阻必须承受相当大的共模信号。高边检测能够对故障状态进行监测，例如，电机外壳或绕组对地短路。

　　高边电流检测放大器，如MAX4080/MAX4081，将检流电阻放置在电源正端和被监测电路的电源输入之间。这种设计消除了在地通道引入外接电阻，大大简化了布局，通常也有助于改善电路的总体性能。Maxim可提供单向和双向电流检测IC，如MAX9918-MAX9920。器件的多样性为设计提供极大灵活性，并简化了各种ADC及其应用的器件选型。MAX9918/MAX9919/MAX9920是输入范围为-20V至+75V的电流检测放大器。这些器件能够在恶劣环境下支持单向/双向电流检测(图2)，这种环境下，输入共模范围可能为负值。单向/双向电流检测相结合，能够测量系统的充电电流和放电电流。单电源供电，大大节省系统的总体成本。

　　参考文献：

　　[1]Maxim工业控制方案指南,Maxim

　　[2]MAX4080数据手册,Maxim

　　[3]MAX9918数据手册,Maxim

　　[4]MAX15024数据手册,Maxim

　　[5]MAX9621数据手册,Maxim