|
引言 現如今，交流伺服電機因為其優(yōu)良的性能，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中占據了舉足輕重的地位，而伺服驅動(dòng)器作為伺服電機的控制系統，其本身的優(yōu)劣將直接影響到驅動(dòng)電機的使用性能。 在伺服驅動(dòng)控制系統中，為實(shí)現磁場(chǎng)定向控制，需要至少對兩相電機繞組的電流進(jìn)行采樣，這兩路電流采樣將作為電流反饋信號使伺服驅動(dòng)實(shí)現電流閉環(huán)，可以這樣說(shuō)，電流信號采樣是伺服控制系統硬件的一個(gè)重要模塊，也是一大難點(diǎn)。 常規電流采樣電路設計 如今，大多數伺服驅動(dòng)使用采樣電阻和線(xiàn)性光耦搭建的一路電流采樣電路，如圖1所示。 其中，rsense是功率型采樣電阻，mc34081為運算放大器，78l05為三端穩壓電源。hcpl-7840為線(xiàn)性光耦，其2，3引腳為信號輸入端，6，7引腳為信號輸出端，在輸入端輸出端供電電壓均為5v的情況下，當2，3引腳輸入的差值電壓變化時(shí)，6，7引腳的輸出信號將隨著(zhù)輸入信號分別進(jìn)行遞增和遞減的線(xiàn)性變化。 由圖1所示可知，當伺服電機正常工作時(shí)，將采集通過(guò)繞組的電流信號轉變?yōu)椴杉蓸与娮鑳啥穗妷褐�，并將該電壓值通過(guò)線(xiàn)性光耦進(jìn)行隔離放大，再經(jīng)過(guò)運算放大器，a/d轉換送給dsp進(jìn)行數據分析，進(jìn)而實(shí)現電流環(huán)閉環(huán)控制。在實(shí)際實(shí)驗過(guò)程中，由于伺服電機等外界條件干擾，dsp所接收到的電流采樣信號會(huì )有相對較大程度的干擾，故必須在電路中增加相應的濾波措施。 新型電流采樣電路設計 采用采樣電阻和線(xiàn)性光耦搭建的采樣電路均為模擬電路，很容易受到外界的干擾，在電路調試過(guò)程中，濾除雜波尤為繁瑣。為使得電流采樣信號更精確，使電流環(huán)閉環(huán)效果更好，我們又設計了一種采用高壓線(xiàn)性電流傳感器ir2175來(lái)實(shí)現電流采樣的方案，并做對比實(shí)驗。 芯片概述 ir2175是ir公司專(zhuān)為交流或直流無(wú)刷電機的驅動(dòng)應用而設計的高壓線(xiàn)性電流傳感器，它內置電流檢測和保護電路，可通過(guò)串聯(lián)在繞組回路的采樣電阻來(lái)進(jìn)行電流采樣，并且該芯片能自動(dòng)將輸入的模擬信號轉換成數字pwm信號并可以直接送于處理器進(jìn)行數據處理［2］。 電路設計 如圖2電路圖可知，r2和r3為采樣電阻，q1～q6為igbt，d2～d4和d6～d7為快恢復二極管。ir2175芯片的vcc為供電引腳，接+15v。po是開(kāi)漏的pwm輸出腳，在本次實(shí)驗過(guò)程中，將po端直接與dsp相連，故在接口電路部分需接一個(gè)上拉電阻上拉到3.3v。com為接地端，為過(guò)流信號輸出端，v+為采樣電壓正向輸入端，vb與vs為高端浮置電源電壓端，vbs為一個(gè)在vs的電壓峰值上面浮動(dòng)的電源，所以在該電路中，我們使用d1二極管管和c1電容器組成一個(gè)自舉電源［3］。它的工作原理是：當vs通過(guò)低端igbt下拉到地時(shí)，自舉電容c1便通過(guò)自舉二極管d1用+15v的vcc電源進(jìn)行充電，從而提供了電源vbs。當vs通過(guò)高端開(kāi)關(guān)被拉到最高電壓時(shí)，vbs是浮動(dòng)的，此時(shí)自舉二極管被反向偏置，從而阻斷了充電回路［2］。二極管選擇恢復時(shí)間小于100ns的快恢復二極管。vs管腳和半橋輸出之間的電阻r1應在10～20ω的范圍內。 
在本次實(shí)驗中，我們利用ccs軟件將dsp接收到的電流采樣信號在dq坐標中顯示成直觀(guān)的波形曲線(xiàn)進(jìn)行對比分析。 在用新型電流采樣電路設計中，當伺服電機正常工作時(shí)，ir2175的輸入為正弦電壓信號，po端口輸出頻率為130khz、占空比隨電流大小變化的pwm信號（如圖3，4，5），其占空比范圍為9%～91%。當采樣電阻上的壓降為0時(shí)，輸出信號的占空比為50%（如圖3所示）；當輸入電壓的變化范圍為-260mv～+260mv時(shí)，對應于輸出電壓的變化范圍為9%～91%。當采樣電阻上的壓降大于260mv時(shí)，輸出信號的占空比保持最大值91%（如圖4所示）；輸入小于-260mv時(shí)，輸出占空比保持最小值9%（如圖5所示）。當采樣電阻上的壓降超過(guò)-260mv～+260mv時(shí)，ir2175的端輸出一個(gè)典型值為2μs的低電平有效的過(guò)流信號。 通過(guò)對圖3，4，5的觀(guān)察分析，可知，通過(guò)ir2175輸出的pwm波形穩定且干擾信號較少，傳送給dsp的采樣數據相對較為精確。
用新型電流采樣電路設計所得到的兩路采樣信號波形曲線(xiàn)如圖7所示，其波形十分平滑，可以不加任何處理直接用作電流環(huán)閉環(huán)。 以上兩種電流采樣電路均可以實(shí)現電流環(huán)閉環(huán)，但通過(guò)圖6和圖7的實(shí)驗波形圖可以發(fā)現，當使用采樣電阻與線(xiàn)性光耦組成的電流采樣電路時(shí)，易受到外界干擾，需要增加較多的濾波電路并進(jìn)行大量的調試，且所得的波形不平滑。而使用ir2175組成的采樣電路時(shí)，可以大大簡(jiǎn)化接口電路，又因為其輸出信號為數字信號，可較大程度上減小外界干擾對其造成的影響，較之前一種設計電路更方便，穩定，閉環(huán)效果更好。 結束語(yǔ) 通過(guò)本次實(shí)驗，可以發(fā)現使用電流傳感器芯片可以很方便的解決伺服驅動(dòng)器的電流采集，并且采集到的信號較為精確，但是在pcb設計時(shí)仍要重視高壓與低壓信號的隔離，并應增加適當的保護電路及濾波電路。 電子工程網(wǎng) |
