本文节选自：《工业机器人设计工程师指南》
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解决问题的方法永远不止一个。有时，最常用的方法不一定效果最好。从事电机控制项目的系统设计人员使用各种电流测量方法来确保电机高效运行并防止可能的损坏。
如图 1 所示，在三相电机驱动系统中有三种不同的电流测量方法：低侧、直流链路和直列式。图 1 显示了使用三对功率
MOSFET(IGBT 也很常见)驱动直流电机所需的传统三相脉冲宽度调制 (PWM) 逆变器，同时图 1 还包括高侧电流感应(通常用于严重故障情况，例如接地短路)。
图 1.三相电机驱动系统的各种电流感应方法
许多设计人员使用前两种方法(低侧、直流链路及其各种组合)是因为标准电流感应解决方案随时可用，且通常具有快速响应时间、高带宽，快速输出压摆率和低共模输入电压。但是，仅仅因为存在可以通过低侧或直流链路来感应相电流的产品，并不意味着这些解决方案代表的是最简单的方法。测量电流背后的思路是试图复制驱动到电机绕组中的电流。这种复制工作在软件中进行;此过程可能会涉及很多，而且并不可能真正精确。
直列式电流感应方法似乎是最合乎逻辑的方法，因为那是您最终要测量的电流，但是这种方法面临一定的挑战。驱动MOSFET 或 IGBT 的 PWM 信号会对电流感应放大器造成严重破坏。位于感应电阻器上的共模信号以非常快速的瞬态开关特性被从电源电压驱动到接地端，而电流感应放大器则试图在感应电阻器自身上测量一个很小的差分信号。
图 2 是由 PWM 逆变器产生的正弦相电流(红色波形)的示波器快照。在此例中，PWM 频率为 100kHz，由 LMG5200 氮化镓半桥功率级提供。直列式电流感应放大器在测量相电流时会经受快速开关信号。如果可以用一个类比的话，这就像是在飓风期间测量海上漂浮的杯子中的液体一样。难怪大多数设计人员都使用低侧感应!
图 2.在快速共模瞬变过程中测量相电流
在说明使用增强型 PWM 抑制进行直列式电机电流感应的潜在好处之前，我先解释一下增强型 PWM 抑制。增强型 PWM抑制是一种有源电路，使输出电压趋稳的速度比传统方法要快得多。当电流感应放大器检测到快速转换的输入共模信号时，内部有源电路会将可能传播到器件输出端的干扰降至最低。减少这些干扰(也称为振铃)的另一种方法是使用高带宽放大器(兆赫级)来尽快使输出进入稳定状态，但这种方案可能成本高昂。
图 3 显示了消除噪声后表示的每个相位的输出电压信号。红色波形表示信号，表明经过电子换向的功率晶体管将正弦波形尽可能准确地复制到电机。电流感应放大器将经受从电源轨(例如 V BATT = 48V)到接地端的输入共模电压信号。
图 3.采用增强型 PWM 抑制时的预期电压波形
使用增强型 PWM 抑制进行直列式电机电流感应的五大主要好处包括：
•缩短消隐时间。共模 PWM 瞬态抑制可减少电流感应放大器输出端的振铃。必须等待电压信号稳定是一个主要缺点，特别是对于需要低占空比 (≤10%) 的系统，因为进行电流测量的时间缩短了(在业界通常称为消隐时间)。
•直列式电流检测.结合高共模输入电压，增强型 PWM 抑制有助于进行直列式电流监测。由于处于恶劣环境中，电流感应放大器必须具备稳健性。除此要求外，该放大器还必须具有较高的交流和直流精度，以便提供精密的电流传感器测量。
• 可能消除电隔离。增强型 PWM 抑制的另一个好处不易察觉，但很重要。借助增强型 PWM 抑制，当电隔离并不属于系统要求时，也许可以不使用隔离式电流感应器件。隔离式器件将对 PWM 信号流经感应电阻器时产生的噪声进行去耦。有了增强型 PWM 抑制后，不再需要这种去耦。
• 优化算法。利用增强型 PWM 抑制，复制或计算相电流的需求不再是问题，因为已经直接提供了解决方案。只需最少的软件即可高效运行电机。
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•提高电机效率。电机制造商和电机驱动系统设计人员一直在寻找提高电机效率的方法。高交流和直流精度、快速输出响应和更短消隐时间使电机能够尽可能以最高效率运行。多相电机的精密计时控制可以最大限度减少消隐时间，进而最大限度提高电机效率。
TI 的 INA240 电流感应放大器整合了增强型 PWM 抑制，因此能够为电机设计带来诸多系统级好处。
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