作者 林子翔1,2 樊璟1,2 贾雄伟1,2 1.广东省电力工业职业技能学校(广东 广州 510000) 2.广东电网有限责任公司教育培训点评中心(广东 广州 510000)
林子翔(1989-)，男，硕士，讲师，研讨方向：输配电线路施工与运转;樊璟，女，硕士，讲师，研讨方向：电力营销;贾雄伟，男，硕士，讲师，研讨方向：电能的改换与操控。
摘要：方位环、速度环和电流环组成了伺服电机的三环操控体系。针对电流环操控的电流收集环节，规划了根据AD7403的电流环电流信号收集电路。其要害优势在于，AD7403芯片能够十分挨近实践沟通电流途径，就近把模仿信号转化为数字输出流，再经过DSP的数字滤波器可重构原始信息。这样最大程度地下降噪声拾取，下降EMI/RFI效应，进步体系精度。而且相关于传统根据光耦合器的解决计划简单遭到较长的传达推迟影响，根据阻隔式调制器的电流检测运用ADI的iCoupler®技能能够使阻隔式调制器响应和栅极驱动器的低传达推迟一起具有准确时序，经过快速粗调数字滤波器完成短路过流维护。
0 导言
操控精度要求较高的伺服电机一般都是选用由方位环、速度环和电流环组成的三环操控体系。三环结构能够使伺服体系取得较好得动态跟从功用和抗干扰功用。其间，电流检测关于高功用闭环电机操控而言极为重要，而且不简单在恶劣、充溢电气噪声的环境中完成高保真丈量。在较高功率体系中，运用自身供给阻隔功用的阻隔电流传感器(比方电流互感器或霍尔效应传感器);而在较低功率体系中，趋势是运用带有阻隔式Σ-Δ型调制器(比方ADI AD7403)的分流电阻。曾经的体系一般运用去饱满栅极驱动器功用来完成短路过流维护，ADI的iCoupler®技能能够使根据阻隔式调制器的电流检测经过快速粗调数字滤波器完成阻隔式调制器响应和栅极驱动器的低传达推迟一起具有准确时序，优胜于传统根据光耦合器的解决计划。
1 体系总体规划
本文规划的采样电路，将检测到的电流信号转化成电压信号输入到AD7403器材的电压测验端，AD7403根据DSP给定的时钟信号输出单路5~20 MHz位流，再由DSP经过sinc3滤波器计算出相应的16位ADC值，并将数据经过DMA的办法存入相应的环形行列，并能够经过USB或RS485与上位机进行通讯，检查AD7403的收集作用并对数据进行相应的剖析。
2 电流检测电路规划
先将电流回路的电流经过分流电阻转化成相应的电压信号。经过集成运放将电压信号进行恰当的扩大调整，在送入调制器转化成数字流。本文选用的集成运放是AD8639，在进行电压信号调节时，选用双同相比较电路，输入电阻十分大，最大极限下降信号的损失和失真。调制器选用的是AD7403，AD7403是一款高功用的二阶Σ-Δ型调制器，自身片上的数字阻隔选用ADI公司的iCoupler®技能，能将模仿输入信号转化为高速单比特数据流。AD7403选用5 V(VDD1) 电源供电，可输入±250 mV的差分信号(满量程±320 mV)。模仿输入由高功用模仿调制器进行接连采样，并转化为数据率最高为20 MHz且密度为1的数字输出流。经过恰当的数字滤波器可重构原始信息，以在78.1 kSPS时完成88 dB的信噪比(SNR)。串行输入/输出可选用5 V或3 V电源供电(VDD2)，本文电路选用+5 V_ISO。该差分输入信号十分合适用于在要求电流阻隔的高电压运用中监控分流电压。串行接口选用数字式阻隔。经过将高速互补金属氧化物半导体(CMOS)技能和单片变压器技能结合在一起，较之传统光耦合器等其它元件来说，片内阻隔能供给愈加优异的作业特性。
外部电流回路经过分流电阻转化成相应的电压信号。经过调整RFA/R1和RFB/R1来调整AD8639的增益，以尽可能发挥AD7403输入量程优势。AD8639是双通道、宽带宽、自稳零扩大器，具有轨到轨输出摆幅和低噪声特性。这些扩大器具有极低的失调、漂移和偏置电流。选用5 V至16 V单电源供电(或±2.5 V至±8 V双电源供电)。本文所规划电路选用±2.5 V的阻隔电源供电，由R1和RFA、RFB组成两组同相份额，设置扩大器的增益。假如扩大器的增益设为10，检测电阻为1 mΩ， AD7403输入±300 mV的差分信号，那么该电路最高能够检测±30 A的峰值电流。为了避免输入过电压对扩大器形成损伤,在电流测验端选用两组肖特基二极管和两个10 Ω电阻组成维护环,使其不受瞬态过压和ESD的影响.因为AD8639外接双电源为±2.5 V，所以维护电路外别离与±2.5 V 电源衔接，避免过电压。R2、R3和C1构成低通滤波器，用来下降送入调制器的噪声。测验信号衔接到调制器的VIN+和VIN-端。MDAT口在MCLKIN输入的上升沿逐位移出串行数据到DSP，并在下一个MCLKIN上升沿有用。由DSP将主机时钟逻辑输入到MCLKIN脚，作业频率规模为5 MHz到20 MHz。VDD1脚是AD7403内部阻隔端的电源电压，为+5V_ISO，参照地为GND1，并将10 µF电容与1 nF电容并联，将电源引脚去耦至GND1。VDD2脚为内部非阻隔端供给电源电压，为+5 V，参照地为GND2，并选用100 nF电容将此电源去耦至GND2。
3 电源装备电路
在上述的电流检测电路中AD7403需求+5 V的阻隔电源和非阻隔电源，AD8639也需求±2.5 V的阻隔电源。许多老练的三端稳压器都能够供给+5 V的非阻隔电源。为了得到+5 V的阻隔电源，本电路选用经过ADuM5000一个内部625 kHz PWM办法供给跨过阻隔栅的5 V直流电源。ADuM5000是一款5 V阻隔式DC-DC转化器，用作阻隔端的电源，两头彻底阻隔，供给2500 V rms的阻隔值(1分钟，契合UL 1577规范)，且体系仅运用一个电源。ADuM5000运算扩大器AD8639的电源为±2.5 V。其间+2.5 V_ISO能够由低噪声ADP121-2.5低压差稳压器供给，而ADP121-2.5稳压器的电源由ADuM5000 VISO脚送出的+5 V_ISO供给。为供给-2.5V_ISO的电源，本文选用的是TPS60400电荷泵反相器，TPS60400的输入电压规模为1.6 V至5.5 V，能够将输入电压反相为-1.6 V至-5.5 V，即VOUT=-VIN 。最大输出电流为60 mA，整个电路只需求3个滤波%&&&&&%。将ADP121-2.5的输出电压接入TPS60400 IN脚，在OUT脚就能够得到-2.5V_ISO。
4 定论
因为在实践电路规划时，DSP或FPGA与沟通途径都会有必定的间隔，甚至于不在同一块电路板上。假如用DSP内部的A\D转化，则收集到的模仿信号经过一段间隔后才干被送入DSP，势必会影响到信号的从而影响到整个体系的精度。本文所规划的根据AD7403信号收集电路是一款彻底阻隔的电流传感电路，自带阻隔电源。该电路具有极强的鲁棒性，AD7403能够十分挨近实践沟通电流途径，就近把模仿信号转化为数字输出流，再经过DSP的数字滤波器可重构原始信息。这样，最大程度地下降噪声拾取，下降EMI/RFI效应，进步体系精度。安全性经过20 µm聚酰亚胺薄膜阻隔栅来完成。
参考文献：
[1]宋词.沟通永磁同步电机的自适应电流操控硏究[D].北京:冶金自动化研讨规划院,2013.1-8.
[2]王伟超.根据反卷积的无刷直流电机电流环盯梢操控器规划[D].广州:广东工业大学,2011, 26-35.
[3]徐东,王田苗,刘敬猛,等.永磁同步电机电流环自适应复合操控办法研讨[J].体系仿真学报, 2009,21(22):7199-7204.
[4]韦克康,周明磊,郑琼林,等.根据复矢量的异步电机电流环数字操控[J].电工技能学报,2011, 26(6):88-94.
[5]ADI公司.根据ADSP-CM408和AD7403的电机电流检测体系计划[EB/OL]. http://www.analog.com/cn/design-center/landing-pages/002/reference-design/china/reference-design-epsh-mpc.html#product.
[6]陈幼平,张颖,艾武,等.永磁直线同步电机电流检测体系规划[J].操控体系,2008,24(6):23-25.
本文来源于《电子产品世界》2018年第3期第58页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
