工業電機控制系統

　　無刷直流電機：高可靠性和高輸出功率

　　無刷直流(BLDC)電機既沒有換向器也沒有碳刷，相對于直流電機而言需要更少的維護。相對于感應電機或直流電機而言，同等規格的無刷直流電機能提供更大的輸出功率。BLDC電機的定子與感應電機的定子非常相似。但是，BLDC電機的轉子可以采用不同形式，當然，都屬于永久磁鐵。氣隙磁通量由磁鐵固定，不受轉子電流的影響。BLDC電機還需要一定形式的轉子位置檢測。通常利用定子中嵌入的霍爾器件檢測轉子位置。當轉子的磁極經過霍爾傳感器附近時，會有一個信號指示通過的是北極還是南極。Maxim提供多款霍爾傳感器，如MAX9641，這些器件集成了兩個霍爾傳感器和數字邏輯電路，可提供磁場位置、方向輸出，從而簡化設計并降低系統成本。

　　傳感器、信號轉換和數據接口的重要性

　　在電機控制環路中，有幾種類型的傳感器提供反饋信息。這些傳感器還用于檢測可能損壞系統的故障狀態，從而提高系統可靠性。下面介紹傳感器在電機控制中的作用，特別是電流檢測放大器、霍爾傳感器和可變磁阻(VR)傳感器。其它內容包括：利用高速ADC監測、控制多通道電流和電壓，高精度電機控制所需的編碼器數據接口等。

　　電流監測

　　電流是用于監控并反饋給電機控制環路的常見信號。利用電流檢測放大器可以輕松地精確監測系統流入、流出的電流。采用電流檢測放大器可以省去傳感器，因為需要測量的是電信號本身。電流檢測放大器能夠檢測短路和瞬態狀況，并監測電源和電池反接故障。

　　電流測量

　　電流測量有很多渠道，但截至目前為止，最常見的方案是采用檢流電阻進行測量。這種方法的基本原理是：利用基于運放的差分放大器對檢流電阻兩端的電壓進行放大，然后測量放大后的電壓信號。傳統設計中通常采用分立器件。但分立方案存在一些缺點，例如：需要匹配電阻、具有較差的溫漂特性，并占用較大面積。幸運的是，這些缺點可以通過在設計中使用集成電流檢測放大器得以解決。放大器不僅測量電流，還可以檢測電流方向，具有較寬的共模范圍，能夠提供高精度測量。電流測量可以采用低邊檢測(檢測電阻與接地通路串聯)，也可以采用高邊檢測(檢測電阻與火線串聯)。低邊檢測中，電路的輸入共模電壓較低，輸出電壓以地為參考，但低邊電阻在接地通路增加了所不希望的外部電阻。高邊檢測中，負載接地，但高邊電阻必須承受相當大的共模信號。高邊檢測能夠對故障狀態進行監測，例如，電機外殼或繞組對地短路。

　　高邊電流檢測放大器，如MAX4080/MAX4081，將檢流電阻放置在電源正端和被監測電路的電源輸入之間。這種設計消除了在地通道引入外接電阻，大大簡化了布局，通常也有助于改善電路的總體性能。Maxim可提供單向和雙向電流檢測IC，如MAX9918-MAX9920。器件的多樣性為設計提供極大靈活性，并簡化了各種ADC及其應用的器件選型。MAX9918/MAX9919/MAX9920是輸入范圍為-20V至+75V的電流檢測放大器。這些器件能夠在惡劣環境下支持單向/雙向電流檢測(圖2)，這種環境下，輸入共模范圍可能為負值。單向/雙向電流檢測相結合，能夠測量系統的充電電流和放電電流。單電源供電，大大節省系統的總體成本。

　　參考文獻：

　　[1]Maxim工業控制方案指南,Maxim

　　[2]MAX4080數據手冊,Maxim

　　[3]MAX9918數據手冊,Maxim

　　[4]MAX15024數據手冊,Maxim

　　[5]MAX9621數據手冊,Maxim