基于 TLC2274新的电流采样方案
高电压运算放大器——型号列表
高电压运算放大器——型号列表 制造商产品类别 产品型号 产品描述 LM258P 双路,低失调,OP NE5532P双路低噪声,高速音频OP NE5534P单路,低噪声,高速音频OP OPA129U超低偏置电流DIFET 运放 OPA2137PA低成本,FET 输入双路运放 OPA2227UA双路,精密,低噪音运放 OPA2743PA双路,高速,高电压,满幅输入输出,单电源供电 OPA2743UA双路,高速,高电压,满幅输入输出,单电源供电 OPA4131NA四路FET 输入运放 OPA4137UA低成本FET 输入运放 OPA4227PA四路,精密,低噪音运放 OPA4234U四路,精密,低功耗,单电源供电运放 OPA4234UA四路,精密,低功耗,单电源供电运放 OPA4743UA四路,高速,高电压,满幅输入输出,单电源供电 OPA637AP精密,高速,Difet 运放 OPA743UA高速,高电压,满幅输入输出,单电源供电运放 TLC071CD单通道高速单电源供给满幅运放 TLC072CD双通道高速单电源供给满幅运放 TLC072CP双通道高速单电源供给满幅运放 TLC074CD四通道高速单电源供给满幅运放 TLC074CN四通道高速单电源供给满幅运放 TLC074ID四通道高速单电源供给满幅运放 TLC074IN四通道高速单电源供给满幅运放 TLC2272CD双路,低噪声,满电源幅度运放 TLC2272CP双路,低噪声,满电源幅度运放 TLC2274CN四路,低噪声,满电源幅度运放 TLC2652CN先进的LINCMOS 精密斩波稳定运放 TLC2652CP先进的LINCMOS 精密斩波稳定运放 TLC2652I-8D先进的LIN CMOS 精密斩波稳定运放 TLC2652I-8DR先进的LIN CMOS 精密斩波稳定运放 TLC2654ACP先进的LINCMOS 低噪声斩波稳定运放 TLC2654C-8D先进的LIN CMOS 低噪声斩波稳定运放 TLC2654CP先进的LINCMOS 低噪声斩波稳定运放 TLE2021ACD单路,高速,精密型,低功耗,单电源运放 TLE2021CD单路,高速,精密型,低功耗,单电源运放 TLE2021CDR单路,高速,精密型,低功耗,单电源运放 TLE2021CP单路,高速,精密型,低功耗,单电源运放 TI 公司 高电压运算放大器 TLE2022ACD 双路精密型,低功耗,单电源运放TLE2022CP 双路精密型,低功耗,单电源运放TLE2024ACDW 四路精密型,低功耗,单电源运放TLE2024CN 四路精密型,低功耗,单电源运放TLE2027CD 增强型低噪声高速精密运放TLE2071CP 低噪声,高速JFET输入运放TLE2072CD 双路低噪声,高速JFET输入运放TLE2072CDR 双路低噪声,高速JFET输入运放TLE2072CP 双路低噪声,高速JFET输入运放TLE2074CDW 四低噪声高速JFET输TLE2074CN 四低噪声高速JFET输入的运放TLE2082CP 双路低噪声,高速JFET输入运放TLE2084CN 四路高速,JFET输入运放TLE2141CD 增强型低噪声高速精密运放TLE2141CP 增强型低噪声高速精密运放TLE2141ID 增强型低噪声高速精密运放TLE2142CD 双路低噪声,高速,精密型,单电源运放 TLE2142CP 双路低噪声,高速,精密型,单电源运放 TLE2142IP 双路低噪声,高速,精密型,单电源运放 TLE2144CN 低噪声,高速,精密型,单电源双运放。
伺服电机控制系统中电流采样的三种方案比较
伺服电机控制系统中电流采样三种方案的比较罗映, 万超（华南理工大学广东广州510640）摘要：伺服电机控制系统中，精确的电流采样是实现高性能闭环控制系统的关键。
本文针对电流检测常用的三种方案进行了实验和比较，获得了三种方案各自优势和缺点的清晰认识，这对基于不同的条件选择合适的电流检测方案提供了参考。
关键字：电机控制伺服系统电流环电流检测Comparison of the three schemes of current sampling in the controlling system of servo motorYing Luo, Chao Wan(South China university of technology, Guangzhou 510640 , China)Abstract:in the controlling system of servo motor, accurate current sampling is the key of realizing the high-powered close loop controlling system. In this paper, aim at three normal schemes of current sampling, do some experiments and compare the results, then obtain very clear cognition about the advantages and the faults of the schemes respectively, that can supply the reference for choosing proper scheme of current sampling in the base of different situation.Key words: motor controlling, servo system, the loop of current, current sampling1前言对于数字化伺服电机控制系统，转矩环的性能直接影响着系统的控制效果，电流采样的精度和实时性很大程度上决定了系统的动、静态性能，精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和快速性的重要环节，也是实现高性能闭环控制系统的关键。
基于MOSFET内阻的电流采样及相电流重构方法
基于MOSFET内阻的电流采样及相电流重构方法作者：叶维民周德维来源：《电子技术与软件工程》2015年第20期摘要电流的采样对电机矢量控制是非常重要的。
在低成本应用场合，采用MOSFET导通电阻的电流采样方法具有竞争优势。
本文对检测MOSFET开关管导通管压降来获取电流的原理进行了阐述，提出了电机矢量控制中电流采样及相电流重构的方法。
最后，基于Microchip dsPIC30F5015芯片结合矢量控制平台进行了实验，论证了该算法的正确性和可行性。
【关键词】电机矢量控制电流采样电流波形重构MOSFET20世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制电机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电机转矩的目的。
在交流电机矢量控制策略中，相电流采样性能是一个重要的指标。
在对成本要求高的应用场合，如何低成本地获得好的电流采样性能成为关键问题。
本文在分析MOSFET电流采样原理的基础上，提出空间矢量PWM（SVPWM）控制方式下交流电动机相电流重构技术。
该技术利用三个MOSFET下管的导通压降来获取电流信息，根据逆变器所处开关状态和三相电流关系，计算出各相电流，实现交流电动机的相电流重构。
1 MOSFET电流采样原理随着微电子技术的发展，采用MOSFET作为电流检测的手段已得到越来越广泛的关注。
MOSFET作为多子器件，在饱和导通时具有电阻特性。
图1是MOSFET的导通电阻特性曲线图。
由图1可见，当VGS大于9V时，MOSFET饱和导通，漏源为恒定电阻，并且阻值很小。
不同型号的MOSFET有不同的漏源导通电阻值。
当MOSFET功率开关流过通态电流时，由于通态导通电阻的存在，在其导通沟道上有一定的压降，又因器件的导通电阻基本稳定，该压降与器件的通态电流成正比。
所以，检测出MOSFET开关器件的通态压降也就检测到流过器件的电流大小。
电流采样方案
电流采样方案随着电力系统的不断发展和智能化技术的提升，电流采样作为电力系统监测和控制的重要手段之一，扮演着不可或缺的角色。
本文将介绍几种电流采样方案，包括传统的电流互感器采样和近年来新兴的无线电流传感器采样。
一、传统电流互感器采样传统的电流互感器采样方案是在电力系统中广泛应用的一种方式。
其基本原理是通过互感器将高电流变压为低电流，从而实现对电流信号的采集。
传统电流互感器采样具有如下特点：1. 精度较高：传统互感器采样能够在额定负载范围内提供较高的采样精度，保证测量的准确性。
2. 稳定可靠：传统互感器采样方案在长期使用过程中经受住了考验，具有较高的可靠性和稳定性。
3. 易于安装：传统互感器采样的安装相对简单，无需对现有电力系统做大的改动。
不过，传统电流互感器采样方案也存在一些问题。
例如，互感器本身是有损耗的，有一定的负载电流误差。
此外，对于大容量的电流互感器，尺寸较大，需要占用较多的空间。
这些问题使得近年来有了新的电流采样方案的出现。
二、无线电流传感器采样无线电流传感器采样作为一种新兴的技术，逐渐受到了广泛的关注。
这类方案通过使用无线传感器节点实现对电流信号的采集和传输，具有以下优点：1. 高灵活性：无线电流传感器采样方案不需要布设大量的导线和互感器，能够灵活地在不同位置实现电流信号的采集。
2. 易于集成：无线电流传感器采样方案可以与其他智能化设备集成，实现数据共享和远程监测。
例如，可以将电流采集数据传输到云端进行大数据分析和智能决策。
3. 体积小巧：无线电流传感器节点尺寸较小，安装方便，能够节省空间。
尽管无线电流传感器采样方案有很多的优势，但也存在一些挑战。
例如，传感器节点的能耗问题、数据传输的稳定性和安全性等方面需要进一步研究和解决。
结论综上所述，电流采样方案在电力系统监测和控制中具有重要意义。
传统的电流互感器采样方案在稳定性和准确性方面表现出色，而无线电流传感器采样方案则在灵活性和可集成性方面具备优势。
基于MOSFET内阻的电流采样及相电流重构方法
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５ ０Ｖ
＋ ４
一 ４ｏ ０
＋８ ｏ ０
图６ ：高频放 大器简图 末前级采用 四极 管 ４ Ｃ ｘ３ ０ ０ ０ Ａ，其屏 栅 电 。 ： 很小 ，使极 间耦合影 响减小到最小。本 ｌ 成栅地 电路 ，帘栅又直接接地 ，加强了输 ｆ 输出回路的屏蔽 ，减小 了屏栅 间的直通 和 ： 用，降低了输入阻抗 ，对 同频振 荡和低 频 都有 抑制 作用 。在屏 极 串接 了一个 Ｒ 联 组合 ，对 高频振 荡 可有 效地 防止 。屏
具有 电阻特性 。图 １是 ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ的 导通 电阻
源 导 通 电阻 值 。
［ 测量和控制 电机定子 电流矢量 ，根据磁场
特性 曲线图 。由图 １ 可见，当 、 ， Ｇ 大于 ９ Ｖ时 ， ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ饱 和 导通 ，漏源 为 恒定 电阻，并 且
当 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ功率开 关流 过通态 电流 时， 由于通态导通 电阻 的存在 ，在其导通沟道上有
键 词 】电机 矢量控制 电流采样 电流波形
ｊ ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ
１ Ｍ ０ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 电 流 采 样 原 理
Ｖ鹋 ・ Ｇ ａ ｔ ｅ － Ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｌ Ｖ ）
２ Ｏ世 纪 ７ Ｏ年代 西 门子工 程师 Ｆ ． Ｂ ｌ ａ ｓ ｃ ｈ ｋ ｅ ｊ 提 出异步 电机矢量控制理论来解 决交流电
础上 ，提 出 空间 矢量 Ｐ ＷＭ （ ｓ ｖＰ ｗ Ｍ ） 控 制
ｌ 蚺 蕾 Ｉ ｎ ＾
采样 方 法具有 竞 争优 势。本 文对
检测 Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ开 关管导通 管压 降来
获 取 电 流 的 原 理 进 行 了 阐 述 ，提 出 了电机 矢量控 制 中电流 采样及 相 电 流 重 构 的 方 法 。 最 后 ， 基 于 Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ Ｐ ｄ ｓ Ｐ Ｉ Ｃ ３ ０ Ｆ ５ ０ １ ５芯 片 结 合 矢 量 控 制 平 台 进 行 了 实 验 ，论
高精度低功耗电流采样电路设计
高精度低功耗电流采样电路设计陈艳;沈放;杨凡【摘要】为了实现低功耗高精度电流检测,设计了一种基于运算放大器的具有对称结构的电阻采样结构,该结构不仅实现采样电压和采样电流的高线性度,而且能实现对微弱采样信号的可靠检测.设计的电路架构中包含5个电流-电压转换阶段,基于Hspice仿真,设计电路内部匹配电阻网络,以减小输入失调电压对采样的影响,拓展共模输入范围.该采样电路架构通过某0.35μm BCD工艺实现,版图面积仅为0.12 mm2,实测结果证明其工作电流小于1μA,采样电压检测精度高达5 mV,且具有高速响应能力.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2018(041)005【总页数】5页(P1211-1215)【关键词】微电子电路;电流采样;Hspice;高精度;低功耗【作者】陈艳;沈放;杨凡【作者单位】南昌大学科学技术学院,南昌330029;南昌大学科学技术学院,南昌330029;江西科技师范大学通信与电子学院,南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TN432电流采样电路在电源管理类芯片及系统中不可或缺[1-4],在各种开关变换器、电子产品适配器、功率放大器以及二次电源中均有广泛的应用。
然而,在如存储器、传感器等对功耗、精度、速度有严格要求的场合,传统检测方式的效果差强人意,难以满足日益严苛的应用需求。
如文献[5]中提到的在功率开关管旁并联采样管,基于比例采样的思路检测电流。
该检测方式虽简单易行,然而由于采样管和功率管的漏源级电压并不相同,因此沟道长度调制效应明显,同时由于采样管和功率管的个数比较大,所以难以在版图上实现良好匹配且后续电路仍需电流-电压转换电路。
因此,这种采样方式的检测精度较低且功耗较大。
文献[6-7]中提到的基于电阻采样的检测方式克服了采样精度较低的问题,然而由于采用常规比较器进行电压判别,因而难以实现低功耗应用。
本文立足于对现有检测机制的原理和不足的分析,提出一种具有超低待机功耗同时具有高采样精度的新型电流检测架构,如图1所示。
无感FOC风机控制硬件设计指南
4 硬件设计——功率板
辅助电源设计
― 对于低压直流供电的控制器，辅助电源可以采用线性电源（比如LM7815、LM317）等，以 简化电路、节省成本。 ― 也可以采用DC/DC电源，以降低辅助电源的功耗。 常用方案有：LM2596，LM2576，LMZ12xxx，LM5007，TLE6365等。 ― 如果供电电压超过60V，则可以用隔离型的DC/DC提供辅助电源， 常用器件有：UCC2842/2843/2844/2845，TOPswitch系列，ICE系列（ICE2Axx65， ICE3Bxx65，ICE3AS03LJG等），NCP系列（NCP1050，NCP1200等）
无位置传感器 FOC 空间矢量脉宽调制（SVPWM） 单母线电阻，双/三桥臂电阻取样 运放 16KHz以上 9000转(4对极)
系统调试
功率等级 启动方式 保护措施
上位机软件
24V/100W 静止启动、顺转启动 过流、欠压、过压
4 硬件设计——硬件组成
无感FOC风机控制硬件由控制部分和功率部分组成。 本设计中控制部分和功率部分自成板卡，相互间通过排线连接。
POSIF电机位置接口：三相霍尔位置传感器 SPI通讯接口支持片外DAC扩展
通讯接口：RS-232
仿真调试接口：Cortex-Debug接口，JLINK-Debug接口 功率信号接口：提供PWM信号，并采集功率板状态
4 硬件设计——控制板
XMC1302的主要特性：
―
― AC220V供电的小功率电机控制，可以选择分 立的IGBT、MOSFET或者集成度较高的IPM
4 硬件设计——功率板
MOSFET选型
― 本控制器电压为24V（允许有一定电压波动），选择40V或55V/60V的MOSFET ― 为了避免采用散热器，选用内阻较小的MOSFET ― 综合考虑，参考设计中选用英飞凌BSC016N06NS ― 耐压60V ― 内阻 1.6 mohm
一种高精度电机相电流采样方法[发明专利]
![一种高精度电机相电流采样方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/aaad039da417866fb94a8e6d.png)
专利名称：一种高精度电机相电流采样方法
专利类型：发明专利
发明人：毛国维,孙瑞,曾鹏,龚学成,周雄,刁国亮,朱庆帅申请号：CN201910962800.4
申请日：20191011
公开号：CN112649647A
公开日：
20210413
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及电动专项助力系统中电机控制技术领域，具体的讲是一种高精度电机相电流采样方法，获取上周期相电流大小及三相PWM占空比；计算相电流实际值I的大小；计算相电流矢量长度I的大小；计算相电流采样精度I的大小；按照三相PWM占空大小或电流矢量长度I大小两个条件对被测电流I进行分区；针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV 和偏置电压V，从而控制三相电机相电流的采样精度。
本发明与现有技术相比，利用针对不同区域在数模转换器的每个控制周期内通过SPI指令修改放大器增益值AV和偏置电压V，可以控制三相电机相电流采样精度的方式，在各种不同大小电流下使三相电流采样保持在较高精度。
申请人：博世华域转向系统有限公司
地址：201821 上海市嘉定区永盛路2001号
国籍：CN
代理机构：北京连城创新知识产权代理有限公司
代理人：刘伍堂
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详细解析电流采样电路的设计
详细解析电流采样电路的设计文中研制了一套模拟并网发电系统，实现了频率跟踪、最大功率跟踪、相位跟踪、输入欠压保护、输出过流保护、反孤岛效应等功能；采用Atmega16高速单片机，实现了内部集成定时、计数器功能；利用定时器T／C2的快速PWM功能，实现SPWM信号的产生；采用T ／C1的输入捕获功能，实现了频率相位监测和跟踪以及对失真度、输入电压、输出电流等物理量的检测与控制。
1 整体方案设计设计采用Atmega16单片机为主体控制电路，工作过程为：与基准信号同频率、同相位正弦波经过SPWM调制后，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电胳放大，驱动H桥功率管工作，经过滤波器和工频变压器产生于基准信号通频率、同相位的正弦波电流。
其中，过流、欠压保护由硬件实现，同步信号采集、频率的采集、控制信号的输出等功能，均由Atmega16完成。
系统总体设计框图如图1所示。
图一：系统枢图2 硬件电路设计分为DC／AC驱动电路、DC／AC电路和滤波电路3部分和平滑电容C1，电路原理如图2所示。
图二：AC\DC转换电路是由R1、R2、R3、R4、R5、R6、Q3、Q4、P3和P4组成，其中P3和P4是控制信号输入端，R3和R4为限流电阻。
集电极的电流直接影响波形上升沿的陡峭度，集电极电流越大输出的波形越陡峭。
因为R2和R1与集电极pn节的寄生电容形成了一个RC充放电的时间常数，集电极pn结的寄生电容无法改变，只有通过改变R1和R2的值来改变时间常数，所以R1和R2值越小，Q3和Q4的集电极电流就越大；RC的充电时间常数越小，波形的上升沿越陡峭，而增加集电极电流，会增加系统的功耗，权衡利弊选择一个合适的值。
其次，射级pn结的寄生电容也会影响Q3和Q4的关断时间和波形上升沿的陡峭度。
所以在驱动电路中各加了一个放电回路，即拉地电阻R5和R6，R5和R6的引入，加快了Q3和Q4的关闭速度，这样就使集电极的波形更陡峭。
同样在保证基极射极pn不损坏的条件下，基极的电流也是越大越好，但也会带来损耗问题，权衡利弊选择一个合适的值。
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基于TLC2274新的电流采样方案
2007-07-22 13:16:56| 分类：默认分类| 标签：|字号大中小订阅
引言
在绝大多数电机调速以及其它控制系统中都要用到电流采样，以用于电流反馈控制。
目前在高性能的电机变频调速系统中，数字信号处理品（DSP）越来越多地被使用。
其中以德州仪器（TI）公司
TMS320C/LF240(X)为代表的C2000系列的DSP用得较多。
现有的电流采样方法大多采用文献[2]的模数
采样方案，如下图1所示：
&13;&10;{
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&13;&10;}" align=baseline>
&13;&10;{
&13;&10; img_auto_size(this,450,true);
&13;&10;}" align=baseline>
图1(b) 图1(c) 图1(d)
图1所示方案的原理是：首先用电流互感器或电流传感器（如瑞士LEM公司的LTS系列传感器等）采样两相电流值；然后将采样结果经运算放大器使电流值变换到-2.5~+2.5v 的电压区间中，最后再加上+2.5v 的电压偏移量形成0~5v的电压送给DSP采样。
这种方法的优点是电路简单，易实现，但其不足之处是采样精度低、误差大。
如图1（b）, 交流相电流的其中一个峰值转换为直流电压时一个为5v，一个为0v，由于电压死区的存在，使得0v 附近的出现较大误差。
新的电流采样方案
新的电流采样方案中采用的运算放大器是TLC2274[1]。
TLC2274是德州仪器公司用先进的LinCMOS 工艺制造，具有Rail-to-Rail输出能力的高性能四运算放大器，它比目前常用的CMOS运放有更好的噪声、功耗和输入失调电压性能。
TLC2274所具有的低噪声和高输入阻抗非常适宜用于诸如电压/电流传感器之类的小信号的计算、放大。
而且它的最低工作电压可以低至正负2.2V 。
基于下列电路，如图2所示。
图2中为一个双减法电流采样电路，第一路运放U8B的输出电压为：
选R2 = R1, R3 = Rf1,
则有
图2 双减法电流采样电路
同理可得第二路运放U8A的输出为：
其主要思路为：LEM传感器输出的Ui= v，此电压先后施加到由TLC2274构成的两个减法电路上，第一路以Ui减去传感器采样结果的中值参考电压Uref (2.5v), 然后再线性放大到DSP的A/D采样所要求的电压范围(0~Ud)。
对于TMS320C/F20x和C/F24x 系列的DSP，Ud的值为5v；对于TMS320LC/F240x Ud 为3.3v。
第二路则相反，用中值参考电压Uref 减去传感器输出电压Ui，同样也线性放大到合适的电压范围。
Z1，Z2为两个3.3v的稳压二极管，对运放输出电压起到限幅作用。
当Ui值大于Uref 时，Uo1输出为正电压，且电压范围是0~Ud，而由于二极管D2的存在使得电流不能注入到运放中，故而第二路运放不能输出负电压，而是钳位在0v；当Ui值小于Uref 时，Uo2输出为正电压，同样而由于二极管D1的存在
使得第一路运放不能输出负电压，也是钳位在0v。
在一个正弦周期内的某一时刻只会有一路信号输出0~Ud 的电压，这比图1中的方法采样窗口要宽一倍，从而提高了采样精度。
两路输出分别送给DSP中两个A/D采样通道，但只有一路输出值是有用的，我们可以编程区分出有用的
信号。
软件流程如图3：
图3 软件流程图
这样两相电流实际需要4路A/D通道，比图1中的方法要多用两个A/D采样通道，而目前DSP提供的A/D采样通道足够多的，以TMS320LF2407(A) 为例，其有16路A/D通道。
B相电流采样电路与A相相同，这样我们就可以用一片TLC2274来实现两相电流的采样了。
DSP实现的子程序已附于文后。
电路的改进
通过实验不难发现，TLC2274可以在单电源供电的情况下工作，那么图2所示的双减法电路可以做一些改进。
由于TLC2274是Rail-to-Rail输出的，所以我们可以直接用系统的3.3v为其提供工作电压Vcc，而Vdd处可以直接接地。
将D1，D2，Z1，Z2去掉后再做实验验证，其工作还是正常的。
但这样做以后采样精度有所降低，所以建议还是用正负双电源供电。
附AD 采样子程序
.bss Uo1, 1
.bss Uo2, 1 ;A相电流中间值
.bss Uo3, 1
.bss Uo4, 1 ;B相电流中间值
.bss Ia, 1 ; A相电流
.bss Ib, 1 ; B相电流
.bss Ic, 1 ; C相电流
; ... ;设上述变量在同一个DP内
ADC_Proc:
CALL StartADC ;调用AD采样程序
CLRC C
LDP #Uo1
LACL Uo1
SUB Uo2
BCND AP1, C ;Uo1>Uo2
LACL Uo2
NEG ; Uo2取反
B Ia ;得到Ia
...
RET
StartADC:。