设计汽车转换器时，尺寸、成本和可靠性是关键因素。为了满足这些标准，最简单的双向拓扑；选择同步降压/反向升压转换器。最大限度地提高能源效率也至关重要，在...
无源元件对于先进电机控制也至关重要
接线图
2023年09月07日 20:03 138
admin
本文介绍了除 MOSFET 和处理器之外的无源组件，这些组件对高级电机控制至关重要。它描述了传感电流以及选择电机连接器的一些基本注意事项。
本文介绍了除 MOSFET 和处理器之外的无源组件，这些组件对高级电机控制至关重要。它描述了传感电流以及选择电机连接器的一些基本注意事项。
内燃机汽车历史上只有一个大电流电动机：起动机。这个 12 V/100 A（典型）装置不需要复杂的控制，因为它只是一个开/关“给它完整的 12 V DC，让它撕裂”电机。其他少数电机体积小且易于控制，例如用于挡风玻璃雨刷器的电机。
带有高压连接器的电动机。
然而，电机控制不仅仅是为这些电机切换电源的明显 MOSFET，以及执行嵌入式电机控制算法和为 MOSFET 通电/断电的处理器。虽然有源元件显然很重要，但它们只是整体的一小部分。为这些数量众多、分布广泛的电机（从中功率到高功率装置）提供动力和控制的需求，对两组无源元件提出了严峻的要求：
用于运动控制环路的检测电阻器，使电机控制器能够准确地了解电机正在做什么以及做得如何。随着电流和电压的增加，这样做的挑战也会增加。
连接器可以处理电压和功率，并且结构紧凑、经济高效、使用安全、易于断开/重新连接以进行工厂测试和现场维修，并且在恶劣环境下仍然可靠。
感测电流
当需要了解电机正在做什么时，以便能够与命令的电机动作（位置、速度）进行比较，就需要某种反馈。这可以通过使用轴编码器（霍尔效应、光学、磁性）或感测流经电机绕组的电流来获得。一般来说，设计人员喜欢单独使用电流传感方法，因为它比轴编码器更便宜并且物理上更容易实现。
从概念上讲，测量电机电流的最简单方法是简单地测量与电机串联的适当尺寸的检测电阻器（有时称为“分流”电阻器）上的压降。
对于电流感测，拓扑结构乍一看很简单：与每个电机绕组串联放置一个电阻器，并由电机控制器感测和监控电阻器两端的电压（图 2）。该电阻器通常被称为“分流器”，但这是用词不当，因为它与绕组串联并且不分流电流。 （请注意，还有其他感应方法，包括非接触式方法，例如霍尔效应器件或电机引线上的感应线圈，但这些超出了本文的范围。）
检测电流：走高（侧）还是走低？
即使解决了上述所有问题，设计人员仍然必须解决一个大问题：是否使用串联电阻的高侧或低侧感测。两者本质上都不是更好，但每一种都带来了权衡，并且具有必须在应用程序上下文中考虑的影响。
在低侧感测中（图 3），电阻器连接在作为“负载”的电机和系统公共端（通常称为“接地”，即使它没有真正连接到真正的接地）。因此，检测电阻两端电压的电路也可以接地。这简化了传感电路设计的设计和实现，以及它与反馈子系统下一阶段的连接。
低侧检测将电阻器放置在负载和接地之间。
然而，低侧检测也意味着负载本身不再接地。这对负载的物理连接和用户安全具有严重影响。由于负载的低压侧高于地面，因此负载的任何部分都不能接地，例如汽车底盘或接地外壳；相反，它必须与地电隔离。此外，由于负载的低侧不再处于地电位，因此负载的驱动电路和负载两端的任何电压测量（与传感电阻器两端的读数不同）必须采用差分方式或通过电路与地隔离。
另一种方法是高侧感应，其中感应电阻器位于电源轨和负载之间，而负载本身保持接地（图 4）。从负载安装和整体安全角度来看，这要好得多，但这意味着传感电阻器的电路不能直接接地。相反，它必须使用基于仪表放大器的差分放大器，甚至使用隔离组件进行电流隔离。这比可以接地的电路更复杂、更昂贵。此外，传感电路必须设计为在系统共模电压下工作，并具有高 CMRR（共模抑制比），以在存在数十甚至数百个电压的情况下感测和提取相当小的电压变化（毫伏范围）。伏特。
高侧检测将电阻器置于电源轨和负载之间。低侧和高侧传感均提供明确的电气、安全和安装属性。
虽然每个应用程序都不同，但大多数设计人员现在都选择高侧方法。这是因为它解决或避免了一些具有挑战性的电气、安全和安装问题，这些问题对于不接地负载来说是不可避免的。此外，通过小电压（使用差分放大器和隔离组件）进行高端电流感测的电路成本适中且尺寸较小。
无论使用高侧还是低侧感测，电阻器决策都必须平衡许多因素：正确的欧姆值（当然）、足够的额定功率以及与应用匹配的物理封装。
连接器也不容忽视
选择汽车电机连接器的设计人员必须记住两个基本事实。无论车辆是内燃设计（汽油、柴油，甚至氢动力）还是具有更高电流和电压的 HEV/EV，这些都适用：
更高的电流需要更大的触点来承载电流，最大限度地减少 IR 损耗，并减少 I2R 自发热；这些触点又需要更坚固的连接器本体
更高的电压，即使在低电流下，也需要触点之间有更大的间隔，以满足爬电距离和间隙安全要求，因此触点之间不会产生火花或闪络。 （注：爬电距离是电弧在表面上测量时可能传播的距离，例如印刷线路板上的两条迹线之间或连接器 IC 表面上的距离。间隙是电弧在空气中传播的最短距离，例如例如连接器或 IC 的引脚到引脚）。
本文介绍了除 MOSFET 和处理器之外的无源组件，这些组件对高级电机控制至关重要。它描述了传感电流以及选择电机连接器的一些基本注意事项。
内燃机汽车历史上只有一个大电流电动机：起动机。这个 12 V/100 A（典型）装置不需要复杂的控制，因为它只是一个开/关“给它完整的 12 V DC，让它撕裂”电机。其他少数电机体积小且易于控制，例如用于挡风玻璃雨刷器的电机。
带有高压连接器的电动机。然而，电机控制不仅仅是为这些电机切换电源的明显 MOSFET，以及执行嵌入式电机控制算法和为 MOSFET 通电/断电的处理器。虽然有源元件显然很重要，但它们只是整体的一小部分。为这些数量众多、分布广泛的电机（从中功率到高功率装置）提供动力和控制的需求，对两组无源元件提出了严峻的要求：
用于运动控制环路的检测电阻器，使电机控制器能够准确地了解电机正在做什么以及做得如何。随着电流和电压的增加，这样做的挑战也会增加。
连接器可以处理电压和功率，并且结构紧凑、经济高效、使用安全、易于断开/重新连接以进行工厂测试和现场维修，并且在恶劣环境下仍然可靠。
感测电流
当需要了解电机正在做什么时，以便能够与命令的电机动作（位置、速度）进行比较，就需要某种反馈。这可以通过使用轴编码器（霍尔效应、光学、磁性）或感测流经电机绕组的电流来获得。一般来说，设计人员喜欢单独使用电流传感方法，因为它比轴编码器更便宜并且物理上更容易实现。
从概念上讲，测量电机电流的最简单方法是简单地测量与电机串联的适当尺寸的检测电阻器（有时称为“分流”电阻器）上的压降。对于电流感测，拓扑结构乍一看很简单：与每个电机绕组串联放置一个电阻器，并由电机控制器感测和监控电阻器两端的电压（图 2）。该电阻器通常被称为“分流器”，但这是用词不当，因为它与绕组串联并且不分流电流。 （请注意，还有其他感应方法，包括非接触式方法，例如霍尔效应器件或电机引线上的感应线圈，但这些超出了本文的范围。）
检测电流：走高（侧）还是走低？
即使解决了上述所有问题，设计人员仍然必须解决一个大问题：是否使用串联电阻的高侧或低侧感测。两者本质上都不是更好，但每一种都带来了权衡，并且具有必须在应用程序上下文中考虑的影响。
在低侧感测中（图 3），电阻器连接在作为“负载”的电机和系统公共端（通常称为“接地”，即使它没有真正连接到真正的接地）。因此，检测电阻两端电压的电路也可以接地。这简化了传感电路设计的设计和实现，以及它与反馈子系统下一阶段的连接。
低侧检测将电阻器放置在负载和接地之间。然而，低侧检测也意味着负载本身不再接地。这对负载的物理连接和用户安全具有严重影响。由于负载的低压侧高于地面，因此负载的任何部分都不能接地，例如汽车底盘或接地外壳；相反，它必须与地电隔离。此外，由于负载的低侧不再处于地电位，因此负载的驱动电路和负载两端的任何电压测量（与传感电阻器两端的读数不同）必须采用差分方式或通过电路与地隔离。
另一种方法是高侧感应，其中感应电阻器位于电源轨和负载之间，而负载本身保持接地（图 4）。从负载安装和整体安全角度来看，这要好得多，但这意味着传感电阻器的电路不能直接接地。相反，它必须使用基于仪表放大器的差分放大器，甚至使用隔离组件进行电流隔离。这比可以接地的电路更复杂、更昂贵。此外，传感电路必须设计为在系统共模电压下工作，并具有高 CMRR（共模抑制比），以在存在数十甚至数百个电压的情况下感测和提取相当小的电压变化（毫伏范围）。伏特。
高侧检测将电阻器置于电源轨和负载之间。低侧和高侧传感均提供明确的电气、安全和安装属性。虽然每个应用程序都不同，但大多数设计人员现在都选择高侧方法。这是因为它解决或避免了一些具有挑战性的电气、安全和安装问题，这些问题对于不接地负载来说是不可避免的。此外，通过小电压（使用差分放大器和隔离组件）进行高端电流感测的电路成本适中且尺寸较小。
无论使用高侧还是低侧感测，电阻器决策都必须平衡许多因素：正确的欧姆值（当然）、足够的额定功率以及与应用匹配的物理封装。
连接器也不容忽视
选择汽车电机连接器的设计人员必须记住两个基本事实。无论车辆是内燃设计（汽油、柴油，甚至氢动力）还是具有更高电流和电压的 HEV/EV，这些都适用：
更高的电流需要更大的触点来承载电流，最大限度地减少 IR 损耗，并减少 I2R 自发热；这些触点又需要更坚固的连接器本体
更高的电压，即使在低电流下，也需要触点之间有更大的间隔，以满足爬电距离和间隙安全要求，因此触点之间不会产生火花或闪络。 （注：爬电距离是电弧在表面上测量时可能传播的距离，例如印刷线路板上的两条迹线之间或连接器 IC 表面上的距离。间隙是电弧在空气中传播的最短距离，例如例如连接器或 IC 的引脚到引脚）。
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