簡潔有效的需求 　　 消費者和政府對于提高能源利用率的需求日趨緊迫，促使家用電器和小型工業系統等所有領域內的電機驅動技術不斷取得進步。調速驅動技術是降低這些電機總體能耗的關鍵所在，但是，設計人員仍需要一種既能節約成本又能獲得寬調速范圍和力矩控制帶寬的驅動器體系結構，而實現這一要求的關鍵就在于一種簡潔明了的電機電流檢測方案。 　　 電機電流檢測電路可提供重要的反饋信息，將該信息與來自主控DSP或MCU的控制信號相結合，可以控制MOSFET或IGBT的柵極驅動芯片并最終調整電機速度。如果要實現過流保護，還必需進行電流監控，不過對于低端應用而言傳統的過流保護卻顯得過于昂貴。 　　 如何處理電機電流信號 　　 選擇最佳的電機電流檢測位置將在很大程度上影響檢測電路的規模和復雜性。 [ALIGN=CENTER] 圖1：電流檢測方法[/ALIGN] 如圖1所示，在某些位置采樣時，電流信號有可能包含高次諧波成分， 這樣一來，就必須采用復雜的信號處理方法以要提取所需的電流成分。例如，在與直流母線正端或負端相串聯的位置采樣電流信號時，將得到各IGBT橋臂電流的矢量和，如圖1所示。該信號中脈寬調制波（固定載波頻率）的包絡才是可變的電機電流基頻成分，因而，必須采用相當復雜的采樣保持電路及數字信號處理電路，才能從中提取到具備良好線性度和精度的有用電流信息。 另外，也可以在每組IGBT橋臂的底部進行電流采樣，如圖1中所示。此時信號處理要求會有所降低，但是仍不可避免地需要根據載波頻率進行采樣。 　　 顯然，由電機相線引出端可獲得最為簡單的電流信號，該信號中只包含可變的電機電流基頻成分。然而，也會出現一個需要注意的新問題：檢測過程需通過一枚串聯電阻將電流轉化為mV級的微小差分信號，該信號卻又浮動于600V到1200V的共模電壓之上。而且，該共模電壓還會隨著IGBT逆變器橋臂的開關切換，以高達10V/ns的 dV/dt變化率，在直流母線的負端和正端之間來回擺動。在過去，該問題曾經是實現低成本電流模式控制的一大障礙。 　　 直接檢測電機相電流 　　 目前，國際整流器公司的HVIC技術使得檢測這種浮動于巨大共模電壓（且包括快速瞬變）之上的差分電壓信號成為可能。該技術將一個可以低端接地的CMOS電路與另一個高端浮動CMOS電路預制在一起，并在其間植入一個N溝道或P溝道LDMOS隔離區，LDMOS可以穿越低端和高端電路間的高壓勢壘實現電平轉移，從而傳遞控制信號。因此，HVIC技術能夠以單芯片器件快速而精確地檢測電機相線引出端的電流，從而簡化硬件設計和信號處理要求。電平轉移電路還能夠抵御高達50V/ns的快速瞬變，已高于IGBT逆變器產生的10V/ns的典型共模dV/dt噪聲。 　　 IR公司已經為高速、單相電流檢測推出了兩款新型HVIC芯片：IR2277和IR22771，并且都具備電機驅動應用所需的同步采樣能力。 如圖2所示，各芯片的第一級由可抵御PWM諧波并降低電流紋波靈敏度的自動調諧濾波器構成。該濾波器能夠從SYNC信號中自動提取PWM頻率，并將傳輸零點置于偶次諧波頻點。對PWM的半周期進行積分以獲得和單一實極點位于PWM頻率時相類似的頻率響應特性，因而可以抵御高頻噪聲。此外，準確放置于PWM偶次諧頻的多重傳輸零點可進而提高衰減比。 　　 芯片的第二級以兩倍于SYNC的頻率采樣第一級的輸出結果。如果將SYNC信號相對于三角載波信號邊緣（SYNC2）移位90度，則結合該過程，就可以完全去除輸入信號中的奇次諧波。 [align=center] 圖3：IR2277 的應用電路[/align] IR22771可將微小電壓差轉化為PWM輸出，而IR2277不僅提供PWM信號，也提供模擬輸出，如圖2 所示。PWM輸出信號及重建的模擬信號可以和MCU或DSP的力矩控制環接口互連。 　　 以HVIC進行設計 　　 IR2277的應用電路如圖3所示。由于直接檢測電機相電流，因而只需處理頻率可變的電機電流基波。檢測到的電流與流經外部分流電阻的模擬電壓成比例，然后IR2277將該模擬電壓轉化為時間間隔，并通過電平轉移為DSP或模擬數字接口提供適宜的數字PWM輸出信號，且無需額外的邏輯電路。IR2277也可以提供與被測電流成比例的模擬輸出電壓，其值域取決于外部參考電壓。 　　 芯片的最大吞吐率為每秒40k次采樣，適用于高達20kHz的非對稱PWM調制，且20kHz時最大延時小于7.5祍。由于采用了可免除噪聲的雙向電平轉移電路，因而可獲得高達50V/ns的免出錯共模dV/dt噪聲承受能力。 　　 面向低成本驅動器的芯片組 　　 IR2277和IR22771還可以產生快速的過電流信號以保護IGBT。結合IR22381Q等同樣采用IR公司的HVIC技術構建的IGBT驅動芯片，能夠使設計人員實現低成本的IGBT保護，以防范相間短路、對地故障和橋臂貫穿電流。對IGBT而言，由上述故障引起的過流是致命的，只是分立元件保護電路的高成本和復雜性曾使得這類保護特性僅能應用于高端電機驅動。 　　 總之，在實用的低成本調速電機驅動中， HVIC技術已經可以固化過去由光電隔離器或霍耳效應傳感器等大量笨重分立元件所完成的功能，并將其整合為單一的電流檢測芯片和驅動芯片，且僅需附加少量的外部無源元件，以完成檢測、偏置和確定時間常數等基本功能。