直流電機電流檢測電路的設計

王振亞

摘 要 本設計選用飛思卡爾的32位微控制器MK60DN512（簡稱K60）為核心控制模塊，用IR2104和NMOS搭建H橋電機驅動電路，使用LTC6102直接監視和測量電機電流。該電路可以準確測量電路電流并將電流轉換成電壓，可實現電壓的放大，調節和測量。經實驗分析，該電路結構簡單，易于實現，適合小功率電機驅動電路的電流檢測。

【關鍵詞】MK60DN512 H橋電機驅動電路 LTC6102 電流檢測

隨著對直流電機控制精度的提高，直流電機的電流檢測成為雙閉環控制和檢測電機工作狀態的重要因素。目前，比較流行的電流檢測方法有功率管檢測、并聯電流鏡檢測和串聯電阻檢測這三種。功率管檢測受溫度影響較大，并聯電流鏡檢測電路復雜，響應時間較慢，串聯電阻檢測的精度高，電路簡單。本設計采用超精準的LTC6102電流檢測放大器可把誤差降低到毫安級，同時降低了檢測電阻，減少了功耗。

1 設計原理

本設計采用飛思卡爾的微控制器產生20Khz的PWM的脈沖來控制電機驅動電路驅動電機，調節PWM脈沖的占空比可實現電動機的調速?；芈分写撘粋€采樣電阻，回路中電流和采樣電阻兩端的電壓成正比，用LTC6102把采樣電阻兩端的電壓比較放大，再使用K60的模數轉換（ADC）模塊把電壓信號轉換成數字信號進行數據處理。直流電機在不同轉速或負載的情況下電流不同，直流電機采樣電流可與轉速實現雙閉環控制，提高電機的控制精度，可實時監測電機扭矩和功率等信息。

2 電路設計

2.1 控制單元

本電路采用飛思卡爾k60系列的32位單片機MK60DN512作為核心控制器，K60外設豐富，主頻可達100Mhz，使用k60的FTM模塊產生20KHZ的PWM脈沖，為提高精度使用K60的16位的ADC模塊采集采樣電阻放大的電壓。采集的電壓再經過計算得到電流。

2.2 電機驅動電路

電機驅動電路使用N溝道MOSFET和專用柵極驅動芯片設計，N溝道MOSFET選用IR公司TO-252 封裝的IRLR7843，IRLR7843具有極低的導通電阻RDS=3.3mΩ，耐壓值可達30V，電流可達161A， 使用四個IRLR7843可構成H橋驅動電路，實現電機正反轉。專用柵極驅動芯片選用IR公司的IR2104，IR2104柵極驅動電路可以提高MOSFET的開關速度，并且具有防同臂導通、硬件死區、欠電壓保護等功能，可以提高電路工作的可靠性。

Vat為電池電壓，可選范圍6V～24V，自舉電容C2、C3的最小值根據場效應管、柵極驅動芯片、選用的自舉電容等參數計算得到，為減小自舉電壓損失，自舉電容的等效串聯電阻應盡量小并且不小于0.47?F。為了減少電荷損失，自舉二極管D1、D2應選用反向漏電流小的快恢復二極管。

當PWM1為高電平且PWM2為低電平時，Q1、Q4導通，Q2、Q3截止，電機正轉。當PWM1為低電平且PWM2為高電平時，Q2、Q3導通，Q1、Q4截止，電機反轉。

2.3 電流監測電路

-INS為反相檢測輸入，-INF為反相反饋接線，+IN為同相檢測輸入，V+為電源正極輸入，V-為電源負極輸入，VRGE為內部穩壓電源引腳，需與V+連接0.1μF的電容，OUT為開漏電流輸出引腳，通過一個外部可把電流轉換成與采樣電阻電壓成一定比例的電壓，再用K60的ADC采集，從而計算出通過采樣電阻的電流。

3 結語

本文所述的直流電機電流采樣電路使用LTC6102電流檢測放大器和K60的ADC模塊實現了電機的電流檢測，該電路結構簡單，采樣精度高，使用方便，解決了電機H橋驅動電路的電流檢測，適合低壓直流電機電流采樣。

參考文獻

[1]Freescale.K60P144M100SF2V2[R]datasheet，2012.

[2]Infineon.HV Floating MOS-Gate Driver ICs[R]Application Note，2007.

[3]Linear.LTC6102 Precision Zero Drift Current Sense Amplifier[R]datasheet，2007.

作者單位

上海電機學院 上海市 201306