直流电机电流检测电路的设计

王振亚

摘 要 本设计选用飞思卡尔的32位微控制器MK60DN512（简称K60）为核心控制模块，用IR2104和NMOS搭建H桥电机驱动电路，使用LTC6102直接监视和测量电机电流。该电路可以准确测量电路电流并将电流转换成电压，可实现电压的放大，调节和测量。经实验分析，该电路结构简单，易于实现，适合小功率电机驱动电路的电流检测。

【关键词】MK60DN512 H桥电机驱动电路 LTC6102 电流检测

随着对直流电机控制精度的提高，直流电机的电流检测成为双闭环控制和检测电机工作状态的重要因素。目前，比较流行的电流检测方法有功率管检测、并联电流镜检测和串联电阻检测这三种。功率管检测受温度影响较大，并联电流镜检测电路复杂，响应时间较慢，串联电阻检测的精度高，电路简单。本设计采用超精准的LTC6102电流检测放大器可把误差降低到毫安级，同时降低了检测电阻，减少了功耗。

1 设计原理

本设计采用飞思卡尔的微控制器产生20Khz的PWM的脉冲来控制电机驱动电路驅动电机，调节PWM脉冲的占空比可实现电动机的调速。回路中串联一个采样电阻，回路中电流和采样电阻两端的电压成正比，用LTC6102把采样电阻两端的电压比较放大，再使用K60的模数转换（ADC）模块把电压信号转换成数字信号进行数据处理。直流电机在不同转速或负载的情况下电流不同，直流电机采样电流可与转速实现双闭环控制，提高电机的控制精度，可实时监测电机扭矩和功率等信息。

2 电路设计

2.1 控制单元

本电路采用飞思卡尔k60系列的32位单片机MK60DN512作为核心控制器，K60外设丰富，主频可达100Mhz，使用k60的FTM模块产生20KHZ的PWM脉冲，为提高精度使用K60的16位的ADC模块采集采样电阻放大的电压。采集的电压再经过计算得到电流。

2.2 电机驱动电路

电机驱动电路使用N沟道MOSFET和专用栅极驱动芯片设计，N沟道MOSFET选用IR公司TO-252 封装的IRLR7843，IRLR7843具有极低的导通电阻RDS=3.3mΩ，耐压值可达30V，电流可达161A， 使用四个IRLR7843可构成H桥驱动电路，实现电机正反转。专用栅极驱动芯片选用IR公司的IR2104，IR2104栅极驱动电路可以提高MOSFET的开关速度，并且具有防同臂导通、硬件死区、欠电压保护等功能，可以提高电路工作的可靠性。

Vat为电池电压，可选范围6V～24V，自举电容C2、C3的最小值根据场效应管、栅极驱动芯片、选用的自举电容等参数计算得到，为减小自举电压损失，自举电容的等效串联电阻应尽量小并且不小于0.47?F。为了减少电荷损失，自举二极管D1、D2应选用反向漏电流小的快恢复二极管。

当PWM1为高电平且PWM2为低电平时，Q1、Q4导通，Q2、Q3截止，电机正转。当PWM1为低电平且PWM2为高电平时，Q2、Q3导通，Q1、Q4截止，电机反转。

2.3 电流监测电路

-INS为反相检测输入，-INF为反相反馈接线，+IN为同相检测输入，V+为电源正极输入，V-为电源负极输入，VRGE为内部稳压电源引脚，需与V+连接0.1μF的电容，OUT为开漏电流输出引脚，通过一个外部可把电流转换成与采样电阻电压成一定比例的电压，再用K60的ADC采集，从而计算出通过采样电阻的电流。

3 结语

本文所述的直流电机电流采样电路使用LTC6102电流检测放大器和K60的ADC模块实现了电机的电流检测，该电路结构简单，采样精度高，使用方便，解决了电机H桥驱动电路的电流检测，适合低压直流电机电流采样。

参考文献

[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.

作者单位

上海电机学院 上海市 201306