变频伺服系统中不可或缺的电流传感器 传感器, 伺服

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在电机控制的变频伺服系统中，电流传感器的采样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。同时，当电机发生堵转或负载过重时，系统通过电流传感器检测到线路上发生过流，可以驱动IPM模块实现关断保护功能。下图一是用于电机控制的变频伺服系统框图：


图一: 用于电机控制的变频伺服系统框图

电流传感器按照工作原理可以分为:霍尔电流传感器、电流互感器、磁阻式电流传感器、电阻式电流传感器、光纤电流传感器等。而在变频伺服系统中，常见的电流传感器主要有霍尔电流传感器、电流互感器及电阻式电流传感器。利用霍尔效应原理的霍尔电流传感器可直接将电流(单向或双向)信号变换为直流电压信号，在经过独立或集成在MCU中的A/D转换器转换为数字信号。作为系统控制参数之一，与其他的电压、转速等参数一起，实现系统的控制功能。现以MELEXIS的霍尔电流传感器为例，做简要介绍。

MELEXIS的霍尔电流传感器也分为传统的霍尔电流传感器方案以及MELEXIS独有的专利技术的三轴平面霍尔电流传感器方案，如下图二中左边的部分，传统的霍尔电流传感器方案需要额外的屏蔽磁环或屏蔽罩。其抗干扰性能很好，可以检测较大的电流。下图二中右边的是三轴平面霍尔电流传感器方案，内部集成了集磁片(IMC)，集磁片具有很高的磁导率和低的磁滞特性。能将通电导体产生的磁力线会聚，使其垂直于芯片。因此不需要额外的屏蔽罩。使得产品尺寸很小、安装和使用变得很简单，可用于中小功率的变频伺服系统中，做小电流检测应用。


图二: 传统霍尔电流传感器方案及三轴平面霍尔电流传感器方案

MELEXIS的传统霍尔电流传感器主要有MLX91207，MLX91209,三轴平面霍尔电流传感器主要有MLX91205，MLX91206,MLX91208，如下图三所示：以及片内集成被测电流载体的MLX91210，这是MELEXIS第三代的电流传感器产品，检测电流范围有±20A、±30A和±50A三种。非常适合用在中小功率的变频伺服系统中，用来做电流检测。


图三：MELEXIS传统霍尔及平面霍尔电流传感器型号

MLX91210主要特性：

• 体积小
• 低功耗、散热少
• 差分技术抗外场干扰能力强
• 温漂补偿
• 带宽大，响应时间5us
• 绝缘电压高

                                                   
图四： MLX91210内部结构示意图

  表一：MLX91210型号及特性表

图五：MLX91210内部结构框图


世强代理的MLX91210内部集成被测电流载体，电流可直接流入芯片内部，最大电流可达±50A，在输入电流为零时，输出电压为1/2VDD。5V版本的内部集成电源调整器，因此不必担心电源电压波动对输出精度的影响。全量程范围内的非线性度达到0.5%FS。

针对MLX91210，世强推荐的应用电路如下图：可以看出MLX91210使用起来，还是非常简单的，外围只需要接几个滤波电容即可，图中的RC电路是为了提高分辨率和降低输出噪声。


图六：MLX91210推荐应用电路

世强市场经理余彪总结道，电流传感器在用于电机控制的变频伺服系统中是不可或缺的，其精度、可靠性、抗干扰性能以及使用方便性，这些都是非常重要的。MELEXIS的电流传感器恰好在这些方面都具有非常突出的优势。因此，是非常适合与这类应用的。