摘要
本文规划了一种高精度采样及维护电路，该电路能够对无刷直流电机作业时的三相电流进行实时收集，以便于操控体系进行闭环操控，并对电机和操控体系快速施行维护。最终通过试验证明了该电路精度高、牢靠性好，能够有用的保证操控体系和电机的正常运转。
在无刷直流电机操控体系中，电流采样及维护电路作为其间的一个反应环节，效果是对电机运转时的电流进行实时检测收集，通过处理后，把电流信号转换为操控体系能够辨认的小电压信号，让操控体系能够做出相应的操控和维护动作。因为电机电流是沟通电流，因而电流采样及维护电路需求具有整流功用，一般整流电路的中心元件是具有单向导电功用的二极管，一般运用1个、2个或4个二极管组成半波、全波或许桥式整流电路。但二极管在小信号时表现为非线性，这将使整流的波形发生失真（小信号部分），更为严峻的是，二极管存在死区电压，在输人信号小于死区电压时，二极管并未导通，因而使输出信号发生严峻畸变，引起差错，小信号时这种差错将不行疏忽。为了进步精度，文中运用集成运放的扩大效果和深度负反应发生的特性来战胜二极管的非线性形成的差错，为某类型无刷直流电机规划了一种牢靠性高、精度高的采样维护电路。
1 高精度半波整流电路
整流电路是把正、负交变的电压转换为单极性电压的电路。本文的半波高精度整流电路是在份额扩大电路中参加二极管，运用二极管的单向导电性完成正副两半周内引进不同深度的负反应。按这种思路构成的半波高精度整流电路如图1所示。
图1 半波高精度整流电路
在ui》0期间（0～t1、t2～t3）。当ui还很小时，D1和D2均截止，运放处于开环状况，开环扩大倍数很大。因而ui只需稍大，就会使u0‘足够大，且为正值。只需u0’大于0.7 V，就会使D1导通，而D2截止（a点为零电位），因而D1和Rf串联引进了适度的负反应，这时的电路相当于反相份额扩大电路，因而输出为u0=-Rf/R1 * ui。输出u0与输入ui成份额关系，u0与波形-ui的形状相同，但按必定的份额扩大或许缩小了，若R1=Rf，则u0=-ui。由以上剖析可知，即便输入电压ui小于二极管的开始导通电压，仍有-Rf/R1输出。
在ui《0期间（t1～t2）。当|ui|还很小时，D1和D2均为导通，这时运算扩大器处于开环状况，其开环扩大倍数很大，因而|ui|只需稍大一些，运放输出u0’就会很大，且为负值，这使二极管D1截止、D2导通，D2的导通给运放引进了深度的负反应。因为a点电位为零（虚地），故u0’≈-0.7 V;而D1截止，且a点电位为零，故u0=0，即u0端波无波形。整个进程如图2所示。
图2 半波整流波形图
例如假定输入信号的频率为50 Hz，在该频率下运放的开环电压扩大倍数为5×104，二极管的开始导通电压为0.5V，则最小整流电压（即输入信号）仅为10μA。也就是说只需输入信号大于10 μA，整流器就进入正常作业状况;而关于一般二极管半波整流器，输入电压有必要大于0.5 V（5×105μV）才干正常作业，其输入电压是前者的5万倍，可见该电路大大进步了整流精度。图3为该整流电路的传输特性，它是一条过原点斜率为-Rf/R1的直线。
图3 整流电路的传输特性
2 电流采样及维护电路的规划
2.1 霍尔传感器
霍尔电流传感器是一种先进的、能阻隔主电路回路和电子操控电路的电检测元件。它归纳了互感器和分流器的一切长处，一起又战胜了互感器和分流器的缺乏（互感器只适用于50 Hz工频丈量;分流器无法进行阻隔丈量），可丈量恣意波形的电流，精度高，动态功用好，作业频带宽，本文中的霍尔传感器选用莱姆（lem）公司的LF205-S，该型传感器的最大电流丈量规模是：±200 A，有用丈量规模是±100 A，当丈量电流在有用规模之类时，输出电压是：±4 V，其丈量精度到达1%，动态呼应时刻小于7μs，盯梢速度di/dt高于50A/μs。
2.2 TL082双运算扩大器
TL082是一种通用的J—FET双运算扩大器。其特色有：较低的输入偏置和偏移电流;输出设有短路维护;输入级具有较高的输入阻抗内建频率补偿电路，在电流维护电路规划中，运用TL082构成高精度半波整流电路和加法器，而因为TL082为双运算扩大器，所以节省了操控板的空间，使得电路的规划愈加的简练和精巧。
2. 3 TL431三段可编程并联稳压二极管
TL431是一个有杰出的热稳定功用的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就能够恣意地设置到从Vref（2.5 V）到36 V规模内的任何值（如图3）。该器材的典型动态阻抗为0.2 Ω，在许多运用中能够用它替代齐纳二极管，输出为一个固定电压值，核算公式是：Vout=（R1+R2）x2.5/R2
图4 TL431恒压5V输出电路图
当R1取值为0的时分，R2能够省掉，在本文中，运用TI431构成恒压电压源5 V，给比较器供电。
2.4 采样检测及维护电路的完成
因为霍尔传感器的体积相对较大，所以本文只是运用两个霍尔电流传感器对电机A、C两相绕组电流进行检测，将A、C相中的-100 A～100 A大电流转化为-4 V～4 V的小电压信号，再依据无刷直流电机三相电流的特性IA+IB+IC=0，核算得出IB=-（IA+%&&&&&%），因而B相电流能够通过对A、C相求和反相得到，然后能够减少霍尔电流传感器的运用数量，缩小体积，减少本钱。如图5所示。
图5 B相电流的完成
再得到B相电流今后，分别对A、B、C三相相运用TL082构成的高精度半波整流模块进行半波整流，再将整流过的A、B、C三相电压信号求和反相，得到此刻进入功率管电流的瞬时值所对应的电压值。
图6 无刷直流电机电流采样维护电路结构图
在电机的运转进程中，该电路能实时丈量电机的电流，并宣布两路信号，一路输入到DSP的ADC模块中去，采样电机电流的数字值，然后能够便利的在DSP中实施电流的闭环PID调理。
另一路送到比较电路中，然后DSP选用了两种办法来对电机进行维护。一种是限流维护，当电流增大超越限流电流62.5 A（对应电压值为2.5 V）时，维护电路向CPLD宣布限流信号，进而使操控芯片DSP发动相应的限流程序进行操作，调理PWM的占空比，来改动实践加载到电机两头的电压，改动电流巨细;另一种是停机维护，假如电流因为某些原因，持续增大到停机电流80 A（对应电压值为3.2 V）时，DSP就会发动停机程序，当即关断一切的功率管，电机立刻中止运转，这样能够避免因为电流过大而引起的对功率管或许电机的损坏，然后进步体系的牢靠性。
2.5 试验成果
电流采样及维护电路试验波形如图7所示。
图7 采样电路试验波形
在图7中通道1输入A相通过电流传感器后的波形曲线，通道2输入C相通过电流传感器后的波形曲线，通道1和通道2相位相差120。，幅值，通道3为A、B、C三相信号通过求和反相后的波形，均匀幅值为1.48 V，契合理论剖析成果。
3 定论
该电路运用了扩大器的原理提出了一种高精度电流采样的办法，而且结合了过流维护、停机维护的功用，然后能保证无刷直流电机的安全运转。现在该电路现已运用于某类型无刷直流电机的操控体系中，实践运用中也证明这个电路能够对电机的实时电流进行高精度检测采样而且及时、牢靠的维护好电机。
