直流电机电流检测电路的设计
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电子技术 ・ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
直流 电机 电流 检测 电路 的设计
文／ 王 振亚 蒋镇 严 豪
本设计 选用 飞思卡 尔的 ３ ２位 微控制器Ｍ Ｋ ６ ０ Ｄ Ｎ ５ １ ２（ 简称 Ｋ ６ ０） 为核 心控 制模 块，用 Ｉ Ｒ ２ １ ０ ４和
（ ＝ Ｎ ａ ３ Ｖ
・ ～ ＝ （ ・ ） ａ ３ Ｖ
息。
２ 电 路 设 计
２ ． １控 制 单 元 本 电路 采 用 飞 思 卡 尔 ｋ ６ ０系 列 的 ３ ２位 单 片 机 ＭＫ６ ０ Ｄ Ｎ５ １ ２作 为 核 心 控 制 器 ，Ｋ６ ０外 设 丰 富 ，主 频 可 达 １ ０ ０ Ｍｈ ｚ ，使 用 ｋ ６ ０的 Ｆ Ｔ Ｍ
具 有 极低 的导 通 电 阻 Ｒ ＤＳ ＝ ３ ． ３ ｍＱ， 耐 压值 可
ห้องสมุดไป่ตู้
达３ ０ Ｖ，电流 可达 １ ６ １ Ａ，使用 四个 Ｉ Ｒ ＬＲ ７ ８ ４ ３ 可构 成 Ｈ桥 驱动 电路，实 现 电机 正反 转。专 用栅极 驱动芯片选用 Ｉ Ｒ公司的 Ｉ Ｒ２ １ ０ ４ ， Ｉ Ｒ ２ １ ０ ４
Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 搭建 Ｈ 桥 电机 驱 动 电路 ，使 用Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２直接 监 视 扣 测 量 电机 电流。该 电路 可 以 准确 测 量 电路 电流并 将 电 流转换 成 电压，可 实
现 电 压 的放 大 ， 调 节 和 测 量 。 经
实验 分 析 ，该 电路 结 构 简单 ， 易 于 实现 ，适合 小功 率 电机 驱动 电
路 的 电流 检 测 。 图 １ ： 电机 驱 动 电路
用栅 极驱 动 芯 片设 计 ’ Ｎ沟 道 ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ选 用
【关 键 词 】Ｍ Ｋ ６ ０ Ｄ Ｎ ５ １ ２ ｎ桥 电 机 驱 动 电 路
Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２ 电 流检 测
Ｉ Ｒ公 司 Ｔ Ｏ ． ２ ５ ２封装 的 Ｉ Ｒ Ｌ Ｒ ７ ８ ４ ３ ，Ｉ Ｒ ＬＲ ７ ８ ４ ３
随着对 直 流 电机控 制 精度 的 提 高，直流 栅极驱动 电路可 以提 高ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ的开关速度 ， 电机 的电流检测成为双 闭环 控制和检测 电机工 并且具有 防同臂导通 、硬件死 区、欠 电压保护 作状态 的重要因素 。 目前， 比较流行 的电流检 等功能 ，可 以提高 电路工作的可靠性 。 测方法 有功率管检测 、并联电流镜检测和 串联 Ｖ ａ ｔ 为 电池 电压 ，可选 范 围 ６ Ｖ～ ２ ４ Ｖ， 电阻检测 这三种 。 功率管检测受温度影 响较 大， 自举 电容 Ｃ ２ 、Ｃ３的最小 值根据场 效应管 、栅 并联 电流镜检测 电路 复杂，响应时 间较慢 ，串 极 驱 动 芯 片 、 选 用 的 自举 电 容 等 参 数 计 算 得 到 ， 联 电阻检测的精度高 ，电路简单 本设计采用 为 减 小 自举 电 压 损 失 ， 自举 电 容 的 等 效 串联 电 图２ ： 电 流 采 样 电路 超 精准 的 Ｌ Ｔ Ｃ６ １ ０ ２电流 检 测放 大器 可把 误差 阻应 尽 量 小并 且 不小 于 ０ ． ４ ７ ｕ Ｆ 。为 了减 少 电 降低到 毫安级 ，同时 降低了检测 电阻 ，减 少了 ６ 荷损 失， 自举二极管 Ｄ１ 、Ｄ２应选 用反 向漏 电 最大 的采 集数 值记为 与 采集精 度有 关，如 １ 功耗 。 位采集 精度 的最大 值为 １ ６位 无符 号整 形 的最 流小 的快恢 复二极管 。 当 Ｐ ＷＭ １ 为高 电平且 Ｐ ＷＭ２ 为低 电平 时， 大 值 Ｎ— １ 设 计 原 理 Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２输 出 电压 为 Ｑ１ 、Ｑ４导通 ，Ｑ２ 、Ｑ３截 止 ， 电机 正 转。 当 本 设 计 采 用 飞 思 卡 尔 的 微 控 制 器 产 生 Ｐ ＷＭ１为低 电平且 Ｐ ＷＭ２为高 电平 时，Ｏ ２ 、 Ｖ ２ ０ Ｋ ｈ ｚ的 Ｐ ＷＭ 的脉冲 来控制 电机 驱动 电路驱 Ｑ ３ 导通 ，Ｑｌ 、Ｑ ４ 截止 ，电机 反转 。 因 此 采 样 电流 为 动 电机 ，调 节 Ｐ ＷＭ 脉冲 的 占空 比可 实 现 电 ２ ． ３ 电 流监 测 电路 动 机 的 调速 。回路 中串联 一个 采 样 电阻 ，回 路 中 电 流 和 采 样 电 阻 两 端 的 电压 成 正 比 ， 用 Ｌ Ｔ Ｃ６ ２ ０ １ 是 高 压侧 电流 检测 放 大 器， 大 电机 反 转 时，采样 电路和 采 样 电流 计算 Ｌ ＴＣ ６ １ ０ ２把采样 电阻两端的 电压 比较放 大，再 幅度提 高了 电流检测 的动 态范围 ，在极小 的采 方法与正传时相 同。 使 用 Ｋ６ ０的 模 数 转 换 （ ＡＤ Ｃ） 模 块 把 电 压 信 样 电阻 Ｒ 的情 况 下，还 能保持 较高 的采样 号转换 成数字信 号进 行数据处理 。直流 电机在 精度 。电流 检测放大器 的精度 主要是 由输入 失 ３ 结 语 不 同转 速或负载 的情况 下电流不 同，直流 电机 调 电压 来 确 定 ， 电流 测 量 误 差 为 采样 电流可与转速实 现双闭环控制 ，提 高电机 本文 所述 的直流 电机 电流采 样 电路 使用 的控制 精度 ，可实时 监测电机扭矩和功率等信 Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２电 流 检 测 放 大 器 和 Ｋ６ ０的 ＡＤＣ 模 块
因此在 使用 ｌ ｍＤ 的采样 电阻 的情 况下 也 可达 ３ ｍＡ 的分辨率 。
一
Ｉ ＮＳ为 反相 检测 输入 ，一 Ｉ ＮＦ为反 相反馈 接 线 ，＋ Ｉ Ｎ为 同相 检测 输入 ，ｖ ＋为 电源 正 极 输 入 ，ｖ ． 为 电源 负极 输 入 ，ＶＲ ＧＥ为 内部 稳 参 考文献 ［ １ 】 Ｆ ｒ ｅ ｅ ｓ ｃ ａ１ ｅ ． Ｋ ６ ０ Ｐ １ ４ ４ Ｍ１ ０ ０ Ｓ Ｆ ２ Ｖ ２［ Ｒ】 压 电 源 引脚 ， 需 与 Ｖ＋连 接 ０ ． １ 的 电容 ， ＯＵＴ为开 漏 电流输 出引脚 ，通 过 一个 外部 可 把 电流 转换成与采样 电阻电压 成一定 比例 的电 压 ，再用 Ｋ６ ０的 ＡＤＣ采集 ，从而计 算 出通过 采样 电阻的电流。 当电动机正 转时 ，采样 电阻 Ｒ ５两边 的压
直流 电机 电流 检测 电路 的设计
文／ 王 振亚 蒋镇 严 豪
本设计 选用 飞思卡 尔的 ３ ２位 微控制器Ｍ Ｋ ６ ０ Ｄ Ｎ ５ １ ２（ 简称 Ｋ ６ ０） 为核 心控 制模 块，用 Ｉ Ｒ ２ １ ０ ４和
（ ＝ Ｎ ａ ３ Ｖ
・ ～ ＝ （ ・ ） ａ ３ Ｖ
息。
２ 电 路 设 计
２ ． １控 制 单 元 本 电路 采 用 飞 思 卡 尔 ｋ ６ ０系 列 的 ３ ２位 单 片 机 ＭＫ６ ０ Ｄ Ｎ５ １ ２作 为 核 心 控 制 器 ，Ｋ６ ０外 设 丰 富 ，主 频 可 达 １ ０ ０ Ｍｈ ｚ ，使 用 ｋ ６ ０的 Ｆ Ｔ Ｍ
具 有 极低 的导 通 电 阻 Ｒ ＤＳ ＝ ３ ． ３ ｍＱ， 耐 压值 可
ห้องสมุดไป่ตู้
达３ ０ Ｖ，电流 可达 １ ６ １ Ａ，使用 四个 Ｉ Ｒ ＬＲ ７ ８ ４ ３ 可构 成 Ｈ桥 驱动 电路，实 现 电机 正反 转。专 用栅极 驱动芯片选用 Ｉ Ｒ公司的 Ｉ Ｒ２ １ ０ ４ ， Ｉ Ｒ ２ １ ０ ４
Ｎ Ｍ Ｏ Ｓ 搭建 Ｈ 桥 电机 驱 动 电路 ，使 用Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２直接 监 视 扣 测 量 电机 电流。该 电路 可 以 准确 测 量 电路 电流并 将 电 流转换 成 电压，可 实
现 电 压 的放 大 ， 调 节 和 测 量 。 经
实验 分 析 ，该 电路 结 构 简单 ， 易 于 实现 ，适合 小功 率 电机 驱动 电
路 的 电流 检 测 。 图 １ ： 电机 驱 动 电路
用栅 极驱 动 芯 片设 计 ’ Ｎ沟 道 ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ选 用
【关 键 词 】Ｍ Ｋ ６ ０ Ｄ Ｎ ５ １ ２ ｎ桥 电 机 驱 动 电 路
Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２ 电 流检 测
Ｉ Ｒ公 司 Ｔ Ｏ ． ２ ５ ２封装 的 Ｉ Ｒ Ｌ Ｒ ７ ８ ４ ３ ，Ｉ Ｒ ＬＲ ７ ８ ４ ３
随着对 直 流 电机控 制 精度 的 提 高，直流 栅极驱动 电路可 以提 高ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ的开关速度 ， 电机 的电流检测成为双 闭环 控制和检测 电机工 并且具有 防同臂导通 、硬件死 区、欠 电压保护 作状态 的重要因素 。 目前， 比较流行 的电流检 等功能 ，可 以提高 电路工作的可靠性 。 测方法 有功率管检测 、并联电流镜检测和 串联 Ｖ ａ ｔ 为 电池 电压 ，可选 范 围 ６ Ｖ～ ２ ４ Ｖ， 电阻检测 这三种 。 功率管检测受温度影 响较 大， 自举 电容 Ｃ ２ 、Ｃ３的最小 值根据场 效应管 、栅 并联 电流镜检测 电路 复杂，响应时 间较慢 ，串 极 驱 动 芯 片 、 选 用 的 自举 电 容 等 参 数 计 算 得 到 ， 联 电阻检测的精度高 ，电路简单 本设计采用 为 减 小 自举 电 压 损 失 ， 自举 电 容 的 等 效 串联 电 图２ ： 电 流 采 样 电路 超 精准 的 Ｌ Ｔ Ｃ６ １ ０ ２电流 检 测放 大器 可把 误差 阻应 尽 量 小并 且 不小 于 ０ ． ４ ７ ｕ Ｆ 。为 了减 少 电 降低到 毫安级 ，同时 降低了检测 电阻 ，减 少了 ６ 荷损 失， 自举二极管 Ｄ１ 、Ｄ２应选 用反 向漏 电 最大 的采 集数 值记为 与 采集精 度有 关，如 １ 功耗 。 位采集 精度 的最大 值为 １ ６位 无符 号整 形 的最 流小 的快恢 复二极管 。 当 Ｐ ＷＭ １ 为高 电平且 Ｐ ＷＭ２ 为低 电平 时， 大 值 Ｎ— １ 设 计 原 理 Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２输 出 电压 为 Ｑ１ 、Ｑ４导通 ，Ｑ２ 、Ｑ３截 止 ， 电机 正 转。 当 本 设 计 采 用 飞 思 卡 尔 的 微 控 制 器 产 生 Ｐ ＷＭ１为低 电平且 Ｐ ＷＭ２为高 电平 时，Ｏ ２ 、 Ｖ ２ ０ Ｋ ｈ ｚ的 Ｐ ＷＭ 的脉冲 来控制 电机 驱动 电路驱 Ｑ ３ 导通 ，Ｑｌ 、Ｑ ４ 截止 ，电机 反转 。 因 此 采 样 电流 为 动 电机 ，调 节 Ｐ ＷＭ 脉冲 的 占空 比可 实 现 电 ２ ． ３ 电 流监 测 电路 动 机 的 调速 。回路 中串联 一个 采 样 电阻 ，回 路 中 电 流 和 采 样 电 阻 两 端 的 电压 成 正 比 ， 用 Ｌ Ｔ Ｃ６ ２ ０ １ 是 高 压侧 电流 检测 放 大 器， 大 电机 反 转 时，采样 电路和 采 样 电流 计算 Ｌ ＴＣ ６ １ ０ ２把采样 电阻两端的 电压 比较放 大，再 幅度提 高了 电流检测 的动 态范围 ，在极小 的采 方法与正传时相 同。 使 用 Ｋ６ ０的 模 数 转 换 （ ＡＤ Ｃ） 模 块 把 电 压 信 样 电阻 Ｒ 的情 况 下，还 能保持 较高 的采样 号转换 成数字信 号进 行数据处理 。直流 电机在 精度 。电流 检测放大器 的精度 主要是 由输入 失 ３ 结 语 不 同转 速或负载 的情况 下电流不 同，直流 电机 调 电压 来 确 定 ， 电流 测 量 误 差 为 采样 电流可与转速实 现双闭环控制 ，提 高电机 本文 所述 的直流 电机 电流采 样 电路 使用 的控制 精度 ，可实时 监测电机扭矩和功率等信 Ｌ Ｔ Ｃ ６ １ ０ ２电 流 检 测 放 大 器 和 Ｋ６ ０的 ＡＤＣ 模 块
因此在 使用 ｌ ｍＤ 的采样 电阻 的情 况下 也 可达 ３ ｍＡ 的分辨率 。
一
Ｉ ＮＳ为 反相 检测 输入 ，一 Ｉ ＮＦ为反 相反馈 接 线 ，＋ Ｉ Ｎ为 同相 检测 输入 ，ｖ ＋为 电源 正 极 输 入 ，ｖ ． 为 电源 负极 输 入 ，ＶＲ ＧＥ为 内部 稳 参 考文献 ［ １ 】 Ｆ ｒ ｅ ｅ ｓ ｃ ａ１ ｅ ． Ｋ ６ ０ Ｐ １ ４ ４ Ｍ１ ０ ０ Ｓ Ｆ ２ Ｖ ２［ Ｒ】 压 电 源 引脚 ， 需 与 Ｖ＋连 接 ０ ． １ 的 电容 ， ＯＵＴ为开 漏 电流输 出引脚 ，通 过 一个 外部 可 把 电流 转换成与采样 电阻电压 成一定 比例 的电 压 ，再用 Ｋ６ ０的 ＡＤＣ采集 ，从而计 算 出通过 采样 电阻的电流。 当电动机正 转时 ，采样 电阻 Ｒ ５两边 的压