伺服驱动器中电流采样电路的设计
引言现如今，交流伺服电机因为其优良的性能，已经在工业生产中占据了 举足轻重的地位，而伺服驱动器作为伺服电机的控制系统，其本身的优劣将直 接影响到驱动电机的使用性能。在伺服驱动控制系统中，为实现磁场定向控制， 需要至少对两相电机绕组的电流进行采样，这两路电流采样将作为电流反馈信 号使伺服驱动实现电流闭环，可以这样说，电流信号采样是伺服控制系统硬件 的一个重要模块，也是一大难点。常规电流采样电路设计如今，大多数伺服驱 动使用采样电阻和线性光耦搭建的一路电流采样电路，如图 1 所示。其中， rsense 是功率型采样电阻，mc34081 为运算放大器，78l05 为三端稳压电源。 hcpl-7840 为线性光耦，其 2,3 引脚为信号输入端，6,7 引脚为信号输出端，在 输入端输出端供电电压均为 5v 的情况下，当 2,3 引脚输入的差值电压变化时， 6,7 引脚的输出信号将随着输入信号分别进行递增和递减的线性变化。由图 1 所示可知，当伺服电机正常工作时，将采集通过绕组的电流信号转变为采集采 样电阻两端电压值，并将该电压值通过线性光耦进行隔离放大，再经过运算放 大器，a/d 转换送给 dsp 进行数据分析，进而实现电流环闭环控制。在实际实验 过程中，由于伺服电机等外界条件干扰，dsp 所接收到的电流采样信号会有相 对较大程度的干扰，故必须在电路中增加相应的滤波措施。新型电流采样电路 设计采用采样电阻和线性光耦搭建的采样电路均为模拟电路，很容易受到外界 的干扰，在电路调试过程中，滤除杂波尤为繁琐。为使得电流采样信号更精确， 使电流环闭环效果更好，我们又设计了一种采用高压线性电流传感器 ir2175 来 实现电流采样的方案，并做对比实验。芯片概述 ir2175 是 ir 公司专为交流或直 流无刷电机的驱动应用而设计的高压线性电流传感器，它内置电流检测和保护 电路，可通过串联在绕组回路的采样电阻来进行电流采样，并且该芯片能自动
将输入的模拟信号转换成数字 pwm 信号并可以直接送于处理器进行数据处理[2]。 电路设计如图 2 电路图可知，r2 和 r3 为采样电阻，q1～q6 为 igbt，d2～d4 和 d6～d7 为快恢复二极管。ir2175 芯片的 vcc 为供电引脚，接+15v。po 是开 漏的 pwm 输出脚，在本次实验过程中，将 po 端直接与 dsp 相连，故在接口电 路部分需接一个上拉电阻上拉到 3.3v。com 为接地端，为过流信号输出端，v+ 为采样电压正向输入端，vb 与 vs 为高端浮置电源电压端，vbs 为一个在 vs 的 电压峰值上面浮动的电源，所以在该电路中，我们使用 d1 二极管管和 c1 电容 器组成一个自举电源[3]。它的工作原理是：当 vs 通过低端 igbt 下拉到地时， 自举电容 c1 便通过自举二极管 d1 用+15v 的 vcc 电源进行充电，从而提供了电 源 vbs。当 vs 通过高端开关被拉到最高电压时，vbs 是浮动的，此时自举二极 管被反向偏置，从而阻断了充电回路[2]。二极管选择恢复时间小于 100ns 的快 恢复二极管。vs 管脚和半桥输出之间的电阻 r1 应在 10～20ω 的范围内。图 1 基于采样电阻与线性光耦的电流采样电路[1]图 2
基于 ir2175 的采样电路实验
结果在本次实验中，我们利用 ccs 软件将 dsp 接收到的电流采样信号在 dq 坐标 中显示成直观的波形曲线进行对比分析。在用新型电流采样电路设计中，当伺 服电机正常工作时，ir2175 的输入为正弦电压信号，po 端口输出频率为 130khz、占空比随电流大小变化的 pwm 信号(如图 3，4，5)，其占空比范围为 9%～91%。当采样电阻上的压降为 0 时，输出信号的占空比为 50%(如图 3 所 示)；当输入电压的变化范围为-260mv～+260mv 时，对应于输出电压的变化范 围为 9%～91%。当采样电阻上的压降大于 260mv 时，输出信号的占空比保持 最大值 91%(如图 4 所示)；输入小于-260mv 时，输出占空比保持最小值 9%(如 图 5 所示)。当采样电阻上的压降超过-260mv～+260mv 时，ir2175 的端输出一 个典型值为 2μs 的低电平有效的过流信号。通过对图 3，4，5 的观察分析，可 知，通过 ir2175 输出的 pwm 波形稳定且干扰信号较少，传送给 dsp 的采样数 据相对较为精确。图 3 输入为 0 时，输出占空比 50％tips:感谢大家的阅读，本
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