工业运动操控包含一系列运用，包含依据逆变器的电扇或泵操控、具有更为杂乱的沟通驱动操控的工厂自动化以及高档自动化运用(如具有高档伺服操控的机器人)。这些体系需求检测和反应多个变量，例如电机绕组电流或电压、直流链路电流或电压、转子方位和速度。在比如增值功用(如状况监控)等考虑要素中，终端运用需求、体系架构、方针体系本钱或体系杂乱度将决议变量的挑选和所需的丈量精度。据报道，电机占全球总能耗的40%，世界法规越来越重视整个工业运动运用的体系功率，因而，这些变量越来越重要，特别是电流和电压。
本文将依据电机额定功率、体系功用要求以及终端运用，要点评论各种电机操控信号链拓扑中的电流与电压检测。在此状况下，电机操控信号链的完成会因传感器挑选、电流阻隔要求、模数转化器(ADC)挑选、体系集成以及体系功耗和接地区分的不同而有所差异。
工业驱动器运用图谱
从简略的逆变器到杂乱的伺服驱动器，电机操控运用包含一系列电机类型，但一切电机均包含特定功率级的电机操控体系，以及具有不同等级的检测和反应，可驱动脉冲宽度调制器(PWM)模块的处理器。图1为运用图谱的简化图，展现了杂乱度从左至右逐步进步的各种体系，首先是简略的操控体系，如无需精细反应仅运用简略微处理器即可完成的泵、电扇和压缩机。跟着体系杂乱度的进步(即移向图谱的较高端)，杂乱操控体系要求准确反应和高速通讯接口。例如带传感器或不带传感器的矢量操控感应电机或永磁电机，以及针对图1中所示功率而规划的高功率工业驱动器(如大型泵、电扇和压缩机)。图谱的最高端为杂乱的伺服驱动器，用于机器人、机床以及贴片机器等运用。跟着体系杂乱度的进步，变量的检测和反应变得越来越要害。
驱动器架构体系区分
咱们在规划满意各种工业运动操控运用需求的体系时或许会遇到各种问题。通用电机操控信号链如图2所示。
阻隔要求十分重要，一般对发生的电路拓扑和架构具有显着影响。需求考虑两个要害要素：阻隔的原因和方位。
阻隔分类的要求取决于前者。或许要求高压安全阻隔(SELV)以防电击，或功用阻隔以便在非丧命电压之间进行电平转化，或为完成数据完整性并消除噪音而要求进行阻隔。阻隔方位一般由体系的预期功用决议。电机操控一般是在充满电噪声的恶劣环境中进行，选用的规划一般需接受数百伏的共模电压，或许会在超越20 kHz的频率下切换，并具有极高的瞬态dv/dt上升时间。为此，功用较高的体系和固有噪声较高的大功率体系一般会规划为具有与操控级相阻隔的功率级。不管是选用单处理器仍是双处理器规划都会影响阻隔方位。在功用较低的低功耗体系中，一般是在数字通讯接口上进行阻隔，这意味着功率级和操控级处于同一电位。低端体系需阻隔的通讯接口带宽较低。由于高端体系要求具有较高带宽，且传统阻隔技能具有局限性，因而，阻隔高端体系的通讯端口一般会比较困难。可是跟着磁性阻隔的CAN和RS-485收发器产品(如www.analog.com/icoupler上ADI公司的产品)的面世，状况正在发生变化。
在高功用闭环电机操控规划中，两个要害的元件构成为PWM调制器输出和电机相位电流反应。图3a和图3b展现了需求进行安全阻隔的方位，具体方位取决于操控级是与功率级同享相同的电位仍是以接地为基准。不管何种状况，高端栅极驱动器和电流检测节点都需求阻隔，可是图3a中的阻隔等级不同，这些节点只需进行功用阻隔，而在图3b中，这些节点的人员安全阻隔(即电流阻隔)至关重要。
电流和电压检测的丈量技能与拓扑
除上文所述的体系功率和接地区格外，为检测电流和电压而完成的信号链还会因传感器挑选、电流阻隔要求、ADC挑选以及体系集成的不同而有所差异。为完成高保真丈量而进行的信号调度并非易事。例如，在如此喧闹的环境中康复小信号或传送数字信号就十分具有应战性，而阻隔模仿信号则是更大的应战。在许多状况下，信号阻隔电路会引起相位推迟使得体系动态功用受限的。相位电流检测特别困难，由于该节点衔接的电路节点与功率级(逆变器模块)核心中的栅极驱动器输出的节点相同，因而在阻隔电源和开关瞬变方面的需求也相同。一般依据以下三个要害要素来确认需在电机操控体系中施行的丈量信号链(技能、信号调度和ADC)：
1. 决议丈量需求的体系中的点或节点。
2. 电机功率水平以及终究挑选的传感器(自身是否具有阻隔功用)。传感器挑选在很大程度上影响着ADC的挑选，包含转化器架构、功用以及模仿输入规模。
3 终端运用。这可推进检测信号链中对高分辨率、精度或速度的需求。例如，在较大的速度规模内完成不带传感器的操控要求进行更多、更频频、更准确的丈量。终端运用还会影响对ADC功用的要求。例如，多轴操控或许需求通道数更高的ADC。
电流和电压传感器
电机操控中最常用的电流传感器为分流电阻、霍尔效应(HE)传感器以及电流互感器(CT)。尽管分流电阻具有阻隔功用且会在电流较高时呈现损耗，可是它们是一切传感器中最具线性、本钱最低且适用于沟通和直流丈量的传感器。为约束分流功率损耗的信号电平衰减一般将分流运用约束为50 A或更低。CT传感器和HE传感器可供给固有的阻隔，因而能够用于电流较高的体系。可是它们的本钱更高，而且选用此类传感器的解决计划在精度上不及选用分流电阻的解决计划，这是由于此类传感器自身的初始精度较差或许在温度方面的精度较差。
除传感器类型外，还有许多可选的电机电流丈量节点。均匀直流链路电流即可满意操控需求，可是在更高档的驱动器中，电机绕组电流用作主反应变量。直接相位绕组电流丈量是抱负的挑选，可用于高功用体系。可是，在每个低位逆变器引脚上运用分流器或在直流链路中运用单个分流器能够间接丈量绕组电流。这些办法的优势在于，分流信号全都以共用电源为基准，可是从直流链路提取绕组电流要求采样与PWM开关同步。选用以上任何一种电流检测技能均可进行直接相位绕组电流丈量，可是有必要阻隔分流电阻信号。高共模放大器可供给功用阻隔，可是人员安全阻隔有必要由阻隔式放大器或阻隔式调制器供给。
图4展现了上述各类电流反应挑选。尽管只需挑选其间一种即可进行操控反应，但还可将直流链路电流信号用作备份信号以进行维护。
如前所述，体系功率和接地区分将决议需求的阻隔分类，并然后判别出适用的反应。体系的方针功用还会影响传感器挑选或丈量技能。纵观整个功用图谱，还可完成许多装备。
低功用示例：共用电位上的功率级和操控级，检测选项A或B
运用引脚分流是一种最经济实惠的电机电流丈量技能。在本例中，功率级与操控级同享同一电位，不存在要处理的共模，而且选项A或选项B的输出可直接衔接至信号调度电路及ADC.此类拓扑常见于微处理器中嵌有ADC的低功耗和低功用体系。
高功用示例：操控级接地，检测选项C、D或E
在本例中，需求进行人员安全阻隔。检测选项C、D和E均有或许。在一切三个选项中，选项E供给最优质的电流反应，而且作为高功用体系，体系中或许存在FPGA或其他方式的处理，可供给适用于阻隔调制器信号的数字滤波器。关于选项C的ADC挑选，一般选用分立式阻隔传感器(很或许是闭环HE)，以完成比运用当时嵌入式ADC产品更高的功用。与共模放大器比较，该装备中的选项D为阻隔式放大器，由于需求进行安全阻隔。阻隔式放大器会使功用受限，因而嵌入式ADC解决计划便可满意需求。与选项C或E比较，该选项可供给保真度最低的电流反应。此外，尽管可将嵌入式ADC视为“免费”,将阻隔式放大器视为“廉价”,但施行时一般还需求额定的组件进行偏移补偿和电平转化，以进行ADC输入规模匹配，然后进步了信号链的整体本钱。
在电机操控规划中，可选用许多拓扑检测电机电流，并需考虑多种要素，例如本钱、功率水平以及功用水平。大多数体系规划人员的重要方针是改进电流检测反应，以在其本钱方针规模内进步功率。关于较高端的运用，电流反应不只关于功率，而且关于其他体系功用丈量(如动态呼应、噪声或转矩动摇)也至关重要。很显然，在各种可用的拓扑中，存在功用由低到高的接连体，图5为大略映射图，展现了低功率和高功率选项。
电机操控体系规划人员方针、需求以及发展趋势：从HE传感器转化至分流电阻
与阻隔式∑-Δ调制器耦合的分流电阻可供给最优质的电流反应，其间，电流电平足够低，彻底可满意分流需求。现在，体系规划人员的显着倾向于从HE传感器转化至分流电阻，而且与阻隔式放大器计划比较，规划人员还倾向于选用阻隔式调制器计划。只是替换传感器自身就可下降物料清单(BOM)和PCB安装本钱并进步传感器的精度。分流电
