电机驱动电流检测电路及控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机控制领域，特别涉及一种电机驱动电流检测电路及控制系统。
【背景技术】
[0002] 在电机控制领域，无论是直流，两相，三相，还是五相电机，为了实现自动控制，每 一组相线的驱动都是由上M0SFET管和下M0SFET管组成的半桥电路驱动的，为了实现精确的 控制，大多数驱动电路上都会包含有电流采样电路以实现电流闭环控制。如图1所示传统功 率电阻电流采样电路。在大多数情况下，可以直接在半桥电路中的下M0SFET管与地线之间 放置一个功率采样电阻RS，再把这个电阻上的电压信号经过信号调理电路（由运算放大器 构成)处理后送到ADC模拟转数字电路，得到电流值。图1中仅画出A相的信号调理电路。这样 的电路结构简单但是会带来的以下问题：
[0003 ] 1)电阻RS本身串接在电流回路中会消耗功率，降低系统效率。同时因为发热量大， 还会引起整个控制系统的不稳定。
[0004] 2)为了减小采样电阻上的功率损耗，就需要尽量减小采样电阻的阻值。由于运算 放大器的增益是固定的，在小电流状态下运算放大器的输出电压就会很低，如果需要在小 电流状态下达到较好的控制效果，就需要ADC的分辩率非常高，成本增加。
[0005] 3)由于外置运算放大器的输入端直接接入了相线电压，因而要求采取必要手段防 止高压损坏运算放大器的输入端，这就增加了电路的复杂度和成本。
[0006] 综上所述，目前亟需一种运行稳定高效，电路简单且成本低的电机控制技术手段。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种电机驱动电流检测电路及控制系统，以解决目前存在的 上述技术问题，使得电机驱动控制系统运行稳定高效且成本低。
[0008] 本发明进一步的目的是提供一种电机驱动电流检测电路及控制系统，以解决目前 存在的上述技术问题，使得电机驱动控制系统电路简单易实现，进一步降低成本。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种电机驱动电流检测电路，应用于电机驱 动电路中，所述电机驱动电路包括一个半桥电路或者并联的至少两个半桥电路，其中每个 所述半桥电路均由上M0S管和下M0S管串联构成，所述电机的相线对应电连接至所述半桥电 路的上M0S管和下M0S管之间，该检测电路包括：
[0010]第一输入端子，用于从每个所述半桥电路的上M0S管和下M0S管之间取得电机驱动 电流的模拟电流信号；
[0011] 可编程增益放大器，与所述第一输入端子连接，用于接收所述模拟电流信号，对所 述模拟电流信号进行调理并输出对应的模拟电压信号；
[0012] ADC模数转换电路，与所述可编程增益放大器的输出端连接，用于对所述可编程增 益放大器输出的所述模拟电压信号进行模数转换得到对应的电流值;以及
[0013] 控制器，与所述ADC模数转换电路和所述可编程增益放大器分别连接，用于根据所 述电流值控制调整所述可编程增益放大器的增益。
[0014] 本发明提供的方案中，第一输入端子电连接于每个所述半桥电路的上M0S管和下 M0S管之间，直接从M0S管的导通内阻上取得电机驱动电流的模拟电流信号，不用串接采样 电阻，避免了在电流回路中消耗功率，进而提高电机驱动系统效率，同时发热量小，使得整 个电机驱动控制系统的稳定性好，系统运行稳定高效。另外本发明采用可编程增益放大器， 控制器可根据得到的电机驱动电流的电流值控制调整所述可编程增益放大器的增益，相对 于现有技术中增益固定的运算放大器，本发明中放大器的增益是可调变化的，在小电流状 态下能够达到较好的控制效果，对ADC器件的分辩率要求不太高，从而降低电路实现的硬件 成本，大大减少电路实现成本。
[0015] 在一个实施例中，所述可编程增益放大器包括运算放大器，所述运算放大器的同 相输入端通过第一电阻连接DAC数模转换电路，所述DAC数模转换电路与所述控制器连接， 当改变PGA增益的时候，同时改变DAC的输出电压，保证PGA在不同增益下，有同样的静态输 出偏置电压;所述运算放大器的同相输入端还通过第二电阻连接所述第一输入端子;所述 运算放大器的反相输入端与输出端之间连接有至少一个电阻网络单元，其中每个所述电阻 网络单元均包括串联的一个电阻和可编程开关，每个所述可编程开关均连接至所述控制 器。
[0016] 进一步的，为了实现差分输入，该电路还包括第二输入端子，所述第一输入端子和 第二输入端子组成差分输入的两个端子;所述第二输入端子一端就近电连接于所述半桥电 路的下M0S管的源极，以减少地线回流的影响，另一端通过第四可编程开关接地，同时通过 第三电阻与所述运算放大器的反相输入端连接;所述第四可编程开关与所述控制器连接， 所述第三电阻的阻值为1K-100K欧姆;所述运算放大器的反相输入端连接二极管的负极，所 述二极管的正极连接所述运算放大器的同相输入端。
[0017] 优选的，所述运算放大器的同相输入端还通过第一TVS二极管接电源VCC，同时通 过第二TVS二极管接地。
[0018] 进一步的，所述第二输入端子还通过第三TVS二极管接电源VCC，同时通过第四TVS 二极管接地。
[0019] 进一步的，所述运算放大器的输出端还通过第五TVS二极管接电源VCC，同时通过 第六TVS二极管接地。
[0020] 通过设置TVS二极管保护电路信号输入或输出端，提高了电路运行的可靠性稳定 性
[0021] 为了提高集成度，简化电路结构，所述控制器为MCU，所述可编程增益放大器、电阻 网络单元、第一电阻、第三电阻、二极管、ADC模数转换电路、DAC数模转换电路和所述MCU集 成在同一个芯片内；所述第二电阻位于所述芯片外。
[0022]优选的，所述第二电阻R2的阻值满足以下条件：
[0023]
其中R3表示所述第三电阻的阻值，VBUS为所述 电机驱动电路内的所述半桥电路中的上M0S管漏极加载的工作电压。
[0024] 在一个实施例中，所述控制器用于通过控制每个所述电阻网络单元中的可编程开 关的开关状态实现在所述运算放大器的反相输入端与输出端之间接入不同阻值的反馈电 阻，所述可编程增益放大器的增益G通过下式求得：
[0025]
[0026] 其中R1表示所述第一电阻的阻值，R2表示所述第二电阻的阻值，RPGA为接入的所述 反馈电阻的阻值；
[0027]当所述可编程增益放大器的增益G变化即所述反馈电阻RPGA变化时，所述控制器根 据所述反馈电阻RPCA设置所述DAC数模转换电路的输出电压以调整所述运算放大器的偏置 电压为：
[0028]
[0029 ]本发明还提供一种电机驱动控制系统，包括上述任一所述的电机驱动电流检测电 路，所述电机驱动电流检测电路中的所述控制器输出PWM信号到所述电机驱动电路中的所 述半桥电路。
[0030] 本发明的有益效果是：本发明中第一输入端子电连接于每个所述半桥电路的上 M0S管和下M0S管之间，直接从M0S管的导通内阻上取得电机驱动电流的模拟电流信号，不用 串接采样电阻，避免了在电流回路中消耗功率，进而提高电机驱动系统效率，同时发热量 小，使得整个电机驱动控制系统的稳定性好，系统运行稳定高效。另外本发明采用可编程增 益放大器，控制器可根据得到的电机驱动电流的电流值控制调整所述可编程增益放大器的 增益，即运算放大器的增益是可调变化的，在小电流状态下能够达到较好的控制效果，对 ADC器件的分辩率要求不太高，从而降低电路实现的硬件成本，大大减少电路实现成本。
【附图说明】
[0031] 图1是现有电机驱动电路示意图；
[0032] 图2是本发明示出的电机驱动电流检测电路示意图；
[0033] 图3是图2示出的电机驱动电流检测电路与电机的驱动电路连接示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
[0035]如图1所示的现有电机驱动电路，以三相电机为例，所述电机驱动电路包括并联的 三个半桥电路，其中每个所述半桥电路均由上M0S管和下M0S管串联构成（即上M0S管M0S1的 源极与下M0S管M0S2的漏极电连接，上M0S管M0S3的源极与下M0S管M0S4的漏极电连接，上 M0S管M0S5的源极与下M0S管M0S6的漏极电连接），三个上M0S管的漏极均电连接工作电压源 VBUS(-般为高压），三个下M0S管的源极均连接接地端GND，所述电机的三个相线(A、B、C)分 别对应电连接至所述三个半桥电路的上M0S管和下M0S管之间。电机驱动电路中半桥电路的 数量与电机的相线数量相等。如果是直流电机，则电机驱动电路包括一个或两个半桥电路， 直流电机的相线连接于一个半桥电路的上M0S管和下M0S管之间。为了方便说明，图1中仅示 出了的电机的A相线，不用于限定本发明，本实施例中采用N沟道耗尽型MOS管，其他实施例 中也可以采用P沟道M0S管，对此不作限制，该电机驱动电路在驱动电机工作时，由外部控制 器根据电机驱动电流大小控制输出PWM信号加载到每个半桥电路中的上M0S管和下M0S管的 栅极以驱动电机M