如何推进电机控制系统智能化提升？这里有一套组合方案

电机自诞生之日起，就对人类社会的发展起着极大的推动作用，大大提高了社会的生产力水平。电机的应用涉及到生活的方方面面，大到军事、航空，小到办公自动化、家用电器、工业过程控制、精密机床以及汽车电子等工业和民用领域。有数据显示，2016年全球电机市场规模达到了1097亿美元，2020年为1313亿美元，过去五年电机市场年复合增长率（CAGR）为3.66%，预计2027年将达到2072亿美元，预测期间CAGR将高达6.79%。

近年来，在智能化浪潮的推动下，电机行业迎来了新的发展趋势——智能自动化，要将电机、驱动和控制的设计、制造到运行、维护都更为紧密地融为一体，目前很多电机企业都在为未来实现电机智能自动化而努力着，而控制技术则是智能自动化道路上首要面对的“坎坷”。

电机控制需要低成本、高精准的位置传感器

对于电机而言，控制技术的任务是控制电机转矩、转速、位置等参数，使电机完成规定的动作，实现电机的精确控制和高效换向，这其中高分辨率电流和旋转位置信息至关重要。目前市面上已有不少解决方案，比如终端解决方案，但是在基于旋变器的系统中，分辨率和精度可能非常高，终端解决方案的价格昂贵且体积较大，这是因为旋变器本身会占用较大的物理空间。另外，无传感器方案也可用于检测反电动势电流，而且还能降低传感器重量和成本，但是电机启动性能可能是个问题，因为这时不会产生反电动势，因此就无法得到可用的位置数据。还有解决方案是利用三个霍尔效应传感器检测电机磁体的位置，通常用于对成本敏感的应用中。然而这种情况下，要求的分辨率可以实现，但需要监控三个信号。此外，这些传感器不是配套的，这可能会产生空间和安装难题。

然而，相比于以上的几种技术，业界提出了一种更具优势的替代方案：使用基于异性磁阻(AMR)技术的角度传感器，这些传感器既便宜又精确。借助ARM传感器，不仅可实现高角度精度，而且可将一个检测元件和电子电路集成在同一封装中。这可获得非常小的传感器子系统，并且能够在电机总成内定位传感器。以亚德诺半导体（ADI）公司推出的一款各向异性磁阻 (AMR) 传感器ADA4570/1为例 ，其将AMR角度传感器和集成式信号调节器集成在一起，为电机驱动器和伺服器应用提供更高精度的绝对位置检测（误差<0.1°，使用寿命/温度<0.5°）。它们能在严苛的磁性环境中可靠运行，支持宽气隙公差且不降低角误差精度（与霍尔/GMR/TMR不同），并简化系统设计考量。

与工业应用中的光学传感器相比，ADA4570和ADA4571不受灰尘或污垢影响，更具可靠性。与市场上内置校准引擎的数字输出解决方案相比，它们的延迟非常低。ADA4571生成两个单端模拟输出（正弦和余弦），用于表示周围磁场的角位置，ADA4570则生成两个差分模拟输出对。ADA4571的双版本(ADA4571-2)也可用于安全关键应用中需要完全冗余的地方。

就近年来许多终端市场和应用中热度越来越高的无刷直流电机（BLDC）来说，ADA4571凭借其在−40°C至+150°C的宽工作温度范围下进行的生产测试得到的最大角度误差为0.5°，而且具有内置诊断功能、大输出电平、EMC保护以及低失调偏移等优点，成为了BLDC电机控制中非常理想的传感器，它能够实现高性能BLDC电机控制，而且速度超过25000 RPM。

精确采样的电流检测技术为可靠性保驾护航

在电机的驱动控制开发中，电流检测也是非常重要的环节，精确的电流采样，也是电机良好运转的必要条件。电流检测的目的有两个：一是为了确保电机的快速启动性能，对电机电路主电流信号进行监测，让控制器给出确切的PWM控制信号，实现电流闭环控制；二是为了保障电机在实际运行中出现的短路、过流等故障，能够准确及时地将这些故障信息反馈给控制器，控制器给出控制信号使得及时关断开关以便硬件得到保护。

也就是说，一个典型的电机驱动控制系统，应该含有母线电流检测、电机相电流检测电路，还可能为了检测某个功能模块电路是否正常工作而设置特定的电流检测电路。因此，如何精确有效地设计电流检测电路也是电机驱动控制系统设计的关键。对此，在模数转换领域拥有丰富经验的ADI也提出了高效的解决方案——高压、高分辨率和高带宽分流放大器AD8410，能够在电机控制系统中的分流电阻上进行双向电流测量，用于在严苛环境下提供所需的准确测量，以及在安全性至关重要的应用中提供诊断，帮助减少转矩波动和可听到的噪声，实现顺畅、高效的电机控制。

AD8410 初始增益为20 V/V，具有 2.0 MHz 带宽，在整个温度范围内的最大增益误差为 ±0.3%。缓冲输出电压可以直接与任何典型转换器连接。AD8410 在输入共模电压处于 −2 V 至 +70 V 范围时，具有出色的输入共模抑制性能。此外，在 −40°C 至 +150°C 的整个温度范围内，AD8410 都能提供极佳的性能。它采用封装调整内核，在整个工作温度范围和共模电压范围内，失调漂移典型值为 1.0 µV/°C。AD8410 通过汽车应用认证。该器件集成专利电路，在脉冲宽度调制(PWM)类输入共模电压下具有高输出精度。

结语

在工业领域，ADI公司提供这套电机轴位置和相电流检查产品组合既可缩短制造步骤完成的时间，增加产出和制造生产力，同时也能够降低能耗。例如通过精准的位置和扭矩控制，实现更高的质量和更快的加工速度，以及用更少的工序步骤和更短的时间加工一个复杂的部件。另一方面，该产品组合在汽车领域也能够满足提高性能，实现更顺畅、更高效的电机控制的要求，此外还提供了在EPS或制动系统等安全性至关重要的应用中实现高ASIL要求所需的冗余。