马达驱动电流环设计原理分享附图

因为在布局的时候，“1”点的地和“2”点的地其实是不同的（如下图）。理论上这两点的电位是相同的，但事实上，它是不相同的。原因很简单，这个电路是接马达的相线的，电流会很大，这样的一个大电流下来的话，在到达这个地上之后，这个地上必然会发生震荡。为什么有了大电流之后，“1”点和“2”点之间的地会不一致呢？我们可以设想一下，假设这是一个广大的湖面，在湖面很平静的情况下，这两点的水位是一样高的，我们在“2”点扔一个石头的话，这样的话，水面的就会产生涟漪，由于水面在高、低不断地晃动，那么这两点就不是同样的水位了。所以，我们需要在靠近检流电阻的地方进行采集，这样的话，即使存在高低波动的话，检流电阻的两端会同时变高或变地，但是检流电阻两端的电压差是不变的，这样的话，就由通过的电流决定了。当然，由于M6是高速开关的，所以R61需要是低ESL的电阻，一般是贴片电阻，一定要是低ESL的，如果感量太大的话，由于di/dt比较大，那么就会产生感抗，R61两端电压量出来就会比较高，但是事实上电压是没有那么高的，所以说这个地方对电阻的选型是有要求的。

如下图，R61采集过来的电压需要进行放大，为什么需要进行放大呢？首先，第一，这个检流电阻的阻值不能太大，如果阻值太大的话，假设有30A的电流流过，如果电阻为1Ω，那么电阻的功率为：30*30*1=90W，一般没有这样的电阻，即使有，成本也很贵。

所以说这个地方需要选择小电阻，当然了，这个地方需要根据电机和电流来进行选择。最好这个电阻的功率是正常的，比如说1206、1210、1811、2510、2512，最多到2512，其实2512就已经很贵了，要一块钱以上了。

由于电阻值取值比较小，所以流过电流之后电阻两端的电压差比较小，这个时候需要我们设计一个运算放大电路来进行放大。这个时候放大多少倍呢，实际上放大了1+51K/1K=52倍，其中R51和R54是用来进行阻抗匹配的。所以我原先一直说“源”、“ 回路”、“阻抗”，这个地方阻抗的作用是比较大的，如果阻抗不一样的话，这个地方放大之后的电压是飘的，不是真正想要的值。

如下图所示，R61两端的电压经过简单的差分放大之后进行输出，我们对R62后面的点进行分析，这个点得到的是放大的信号，那么放大多少呢？放大的这个信号是给我们的单片机的，对应的是单片机的AD采样口，单片机的采样口一般是3.3V居多，现在5V用的已经不多了，所以说最大电流放大之后对应的电压不能超过3.3V，因为超过3.3V的话，对于AD采样来说，已经超过它的最上限值了，所以就没有意义了。这样的话，要提前算好这个电机上的最大的电流是多少，这个电阻要选好，放大后不要超过3.3V，最好不要超过3V，这样测量出来后就比较准。

第二，我们要考虑运放，我们输入端的检流电阻R61，它的沿是比较陡的，如下图所示。

一般的运放，我们分高带宽和低带宽。如下图所示，运放的带宽比较高的话，它的输出沿是比较陡的，我们也将它称之为压摆率，如果压摆率比较小的话，它的输出是比较缓的，我们规定1s内上升的电压值为压摆率。很明显第1条红线1s内上升的电压值是比较高的，而第二条红线是比较低的。理想情况下，运放输出的斜率和前面R61上的斜率是相等的，所以运放的压摆率比较低的话，在对输入值进行采样的话，采样的值不是真正的值，而是被运放放慢了，所以我们要关注运放的压摆率问题。当然，如果你的信号是周期比较长的信号，你可以忽略，但是在马达控制的这个项目里，这个周期是不能忽略的，所以说压摆率是越高越好，这个就是我们对运放提出的要求。

在检流电阻这个地方还有一个问题：由于这里的地上会产生干扰，所以这个地方的干扰会耦合进运放里面，干扰耦合进来之后，进入运放之后就会放大，所以说测量出来的信号里面就会带有很多的干扰，这个干扰是我们不希望看到的。之前有说过，内阻越小，也就预示着电流越大，电流越大，周围的磁场也就越大，抗外在的干扰能力就越大，所以电流要偏大。运放目前有两种，一种是DMOS工艺，一种相当于是晶体管工艺。

如果前面的干扰比较大，你可以选择晶体管工艺的运放，因为晶体管工艺的运放，它的抗干扰能力要强一些，因为它有电流，属于流控流型。如果前面的干扰比较小的话，你可以选择DMOS工艺的运放，它的功耗比较低，功耗低的原因是MOSFET的内阻比较大，所以说它的抗干扰能力比较弱，这个也是运放本身我们需要注意的。

另外，运放定好了以后，我们还要注意R69的取值，我们不能取的很大，因为取的越大，电阻网络的阻值就比较大，电流就比较小，它就比较容易受到干扰，就容易把干扰耦合进来，然后会放大输出。实验证明，R69的取值最大不要超过300K，我们要求最大不要超过200K，否则在有干扰的情况下，它的输出就会带着干扰，所以不要大于200K，如果说放大一级后还是不够大怎么办，那就再加一级，甚至三级放大，也不要在一级上放大到无穷大。

经过放大之后的信号就送给MCU了，MCU根据放大后的电压值就可以判断目前的的电流是多大，一旦判断出这里的电流大了，它就要做一些保护措施，比如说关掉，这个是我们电机电流保护里面最常用的一种方法，直接把电流关掉。还有一种叫限功率，它不能关断，它只能限功率，例如之前说过的无人机。

对于限功率，在这里先定义一个值，比如说10A，这个10A是限制的了，不能超过10A，如果超过10A的话，就把它关掉，低于10A，就不管，这个叫削幅。如下图，如果电流在10A以下，就不管，但是一旦超过了，就把它削平。

这种方式去做的话，我们就需要对电流实时进行采样，我们看下面，对于三个桥臂来说，只有两个MOSFET导通。

当MOSFET导通时，电阻上才会有电流流过，当管子不导通时，就没有电流流过。所以，当有时候其中一路MOSFET不导通时，就采集不到值，因此需要对其它路进行采样。采集之后，就需要对它进行处理，如下图所示，这里是用硬件的方式进行设计的，实际上，更多的人是用软件进行处理的，我们视频里也会和大家详细讲解软件怎么样去做电流环、硬件如何去搭一个电流环，那么这里是用硬件去搭的。

实际上，基本的原理很简单，在我的PFC视频的第11部至第13部已经详细讲到，就是采用电流跟踪法，比它高了，就把它削掉，类似于一个比较器一样。我们可以用一个比较器，比较器的一端是把那3路电流合并之后送过来。

下面这幅图是整流，因为采集到的信号有些时候是正，有些时候是负，为什么会出现负呢，是因为有的时候会续流，由于电感的作用，电流会从下往上流，这个时候采集到的就是负压，对于一个运放来说，要想采集到负压，必须采用双电源供电。而我们这里是单电源供电，所以负压是采集不到的，那么该怎么做呢?我们就需要将其抬升，这里是采用偏置电阻，通过分压之后的7.5V进行抬升。

如下图所示，这里大致画一下它的意思，对于一个正常的信号来说，它只能看到0V以上的电压，0V以下的电压是看不到的。但是这里确实是有负压，而且续流过程中也有可能存在过流，那么如何将0V以下的进行处理呢?实际上将其抬升就可以，比如说原先存在0V以下的负压是被截止的，为0V，但是经过7.5V的抬升后，相对于7.5V来看为负压，但是相对于0V坐标轴来看，电压是正压，这样的话，负压也可以被采集进来。

抬升电压的好处是什么呢？可以方便的使用单电源供电的运放，因为现在单电源供电的运放是比较多的，双电源只在过去用的比较多。采用双电源运放是一个比较麻烦的事，因为需要去做负压电源，这样电路比较复杂，成本也比较高，所以说我们采用单电源这样的方案去做。