电机控制系统中的电流检测技术

    摘要：指出了电流检测技术在电机控制系统中的重要性，介绍了常用的儿种电流检测手
段及其工作原理。针对采样电阻和霍尔电流传感器，详细给出了电流采样信号调理电路原理
图。最后提出了元器件选型原则及使用注意事项。

 

　　关键词：电机驱动器；采样电阻；电流传感器；电流采样

 

　　一、引言

 

　　电动机自诞生之日起，就对人类社会的发展起着极大的推动作用，大大提高了社会的
生产力水平。电动机的应用涉及到生活的方方面面，大到军事、航空，小到办公自动化、家用
电器、工业过程控制、精密机床以及汽车电子等工业和民用领域，无不活跃着各式各样的电
动机。相应地，围绕电动机的驱动控制开发也在飞速发展，各种调速系统、伺服系统、变频器
等应用产品层出不穷，在各行各业得到了广泛的应用。

 

　　在电机的驱动控制开发中，电流检测是非常重要的环节，精确的电流采样，是电机良
好运转的必要条件。电流检测的目的有两个：一是为了确保电机的快速启动性能，对电机电
路主电流信号进行监测，让控制器给出确切的

PWM 控制信号，实现电流闭环控制；二是

为了保障电机在实际运行中出现的短路、过流等故障，能够准确及时地将这些故障信息反馈
给控制器，控制器给出控制信号使得及时关断开关以便硬件得到保护。

 

　　也就是说，一个典型的电机驱动控制系统，应该含有母线电流检测、电机相电流检测电
路，还可能为了检测某个功能模块电路是否止常

T 作而设置特定的电流检测电路。因此，如

何精确有效地设计电流检测电路是电机驱动控制系统设计的关键。

 

　　二、电流信号的采样

 

　　监测某个信号之前，首先需要对该信号进行采样。通常，电流信号的采样有以下几种方
法。

 

　　（

1）采样电阻。采样电阻测电流的原理是这样的：将采样电阻串接在要监测的电路回

路里，电流流过时，在采样电阻两端产生压降，这样就把电流信号转化为电压信号。然后，
对该电压信号进行处理变换，输入到微处理器的

A/D 单元，完成检测的目的。 

　　采样电阻的这种检测方法实现简单，成本低，但是很难做到电阻值稳定不变，采样精
度不高，不能提供准确的电流值。而且反馈控制电路与主电路没有隔离，在电机驱动控制系
统中，万一功率电路的高电压通过反馈电路进入控制电路，将危及到控制系统的安全

 。因

此，采样电阻一般应用在精度要求不高、成本敏感的应用场合。

 

　　（

2）电流传感器。霍尔效应在 1879 年被 E.H.霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间

的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，
磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在导体的两端产生
电压差。霍尔电流传感器就是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器，
它有两种工作方式，分别是直测式（开环）电流传感器和磁平衡式（闭环）电流传感器。直
测式霍尔电流传感器的不足是检测装置的体积过大；而磁平衡式霍尔电流传感器体积小，
其显著长处是磁场补偿法，保持铁心磁通为零，电流过载能力强，套在被测母线上即可工
作。

 

　　霍尔电流传感器产品已经模块化，可以测量交流、直流、脉冲等多种电流信号，其最大
优点是测量精度高、响应快速、隔离检测、线性度好。因此，电机驱动控制系统中采用霍尔电
流传感器检测电流的方法是目前应用比较普遍的方法，已经在中高端伺服产品中得到了广
泛的应用。

 

　　（

3）电流互感器。电流互感器是利用变压器原、副边电流成比例的特点制成的。其工作