PMSM 驱动硬件设计基础(一)---运放

1、概述

PMSM 的驱动包含了三相半桥电路、电流采样电路、母线电压采样、有感的还包含传感器驱动电路。其中电流采样中需要用到运放,采集电流信号经运放处理,送到主控的 ADC 。运放有很多不同的用法,本文就简单介绍一下其基本原理及用法。

2、基本概念

虚短:在理想情况下,两个输入端的电位相等,就好像两个输入端短接在一起,但事实上并没有短接,称为“虚短”。

虚断:在理想情况下,流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大,就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路,称为“虚断”。

3、电路分析

(1)同相放大




图 1

由虚短,可以得


由虚断,反向输入端没有电流输出输入,通过 R6 和 R4 的电流相等,为 I

可以得出 V- 的电位


由以上三式即可得出


这样就得到了同相放大器输出与输入的关系,输入前的系数便是放大倍数。

(2)反向放大



图 2

由虚短可以得


由虚断可以得通过 R1 的电流与通过 R5 的电流相等,即


可以得出反向放大器输入与输出的关系


(3)电压跟随



图 3

利用虚短特性,得


同相输入端的电位可计算得到,为 1.65V 。由虚断


同相输入端的电位是多少,输出电压就多少,这样便实现了电压跟随的功能。

(4)电流采集



图 4

图 4 所示,是常用的电流采集电路,R9作为采样电阻放置在采集点至地之间串联。采样电阻的地端接入到运放的同相输入端,另外一端接入到运放的反向输入端。

由虚断可知,流过 R7、R11的电流相等,流过 R8、R10 的电流相等,可得


      -----a
         ------b

由虚短,可得


     ------c

从图中亦可得出


  ------d

将 d、c 两式代入  b  式,得


  ------e

联立 a、e  两式,因为 R7、R8 阻值相等,R10、R11 阻值相等,可得


  ------f

这样便得到了输入与输出的关系。

在电机驱动上,为了检测负半周期的电流信号,通常还设置一个参考电压,原理图如图 5 所示。



图 5

图中,流过 R12、R16 的电流相等



流过 R13、R17 的电流之和等于流过 R15 的电流,可得以下式子


V1 和 V2 之间的关系


并且


由以上四式,可得出


4、小结

以上便是电机驱动中常用的运放电路,实际使用中如果出现其他情况,还需要根据实际的应用形式来确定运放的问题。



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