中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》
（
测 控 自 动 化
）２００８
年 第
２４
卷 第
６－
１
期
３６０
元
／
年 邮局订阅号：
８２－９４６
《现场总线技术应用
２００
例》
控 制 系 统
技
术
创
新
磁环中穿过一根导线， 其中流过待测电流
Ｉ
ｐ
。
Ｉ
ｐ
在聚磁环及其缝
隙中 产 生磁 场 ， 磁感应 强 度 为
Ｂ
。 于 是 霍 尔 元 件 产 生 霍 尔 电 位
差
Ｖ
Ｈ
。
Ｖ
Ｈ
＝Ｋ×Ｂ×Ｉ
ｃ
（１）
式中
Ｋ
—霍尔系数。
Ｖ
Ｈ
经放 大 器
Ａ
放 大 ， 获得一个补偿电流
Ｉ
Ｓ
。
Ｉ
Ｓ
流 过绕 在 聚
磁环上的多匝线圈，
Ｖ
Ｈ
产生的磁势和待测电流产生的磁 势 方 向
相 反 ， 因此产生补偿作用， 使磁场减小， 随着减小。由于铁芯 中
的 磁 感 应 强 度 极 低
，
不 会 使 磁 芯 饱 和
，
也 不 会 产 生 大 的 磁 滞 损
耗和涡流损耗。由于放大器的放大倍数很大，
Ｖ
Ｈ
≈
０，Ｂ≈０，
因此
：
（２）
式中
Ｎ
ｐ
——
—待测电流流过的绕组匝数
；
Ｎ
Ｓ
——
—补偿电流流过的绕组匝数
；
Ｉ
Ｓ
——
—补偿绕组中的电流。
因此， 在已知
Ｎ
ｐ
和
Ｎ
Ｓ
的条件下， 通过测量得到
Ｉ
Ｓ
， 即可求得
待测电流
Ｉ
Ｐ
。次级电流
Ｉ
Ｓ
通过测量电阻
Ｒ
ｍ
转化为所需要的电压。
３
电 流 信 号 处 理
由于霍尔传感器的输出为电流信号
Ｉ
Ｓ
， 为了将电流信号送
模
／
数
（Ａ／Ｄ）
转换器进行转换， 将霍尔传感器的输出通过已知阻值
的测量电阻
Ｒ
ｍ
， 其两端电压降
Ｖ
ｍ
与电流信号
Ｉ
Ｓ
成正 比 ， 电流信
号就线性转换为电压信号
Ｖ
ｍ
， 即可经模
／
数转换后送入计算机。
图
３
电流检测信号的处理电路
在本 系 统中 ，
ＡＤＣ
模 块 电 流 模 拟 输 入 信 号 处 理 电 路 如 图
３
所示。其中
，Ｉ
ｕ
为霍尔传感器对直线电机三相交流电检测后输出
的电流信号之一。
ＬＦ３５３Ｎ
为一放大器集成芯片， 在
Ｘ２０１Ａ
处作
为 电 压 跟 随 器 使 用 ， 其 作 用 是 改 善 采 样 电 流 输 出 信 号 ； 而 在
Ｘ２０１Ｂ
处作为反相器使用。通过调节电位器
Ｒ２０３
的有效阻值，
可以保证电流 信 号
Ｉ
ｕ
在 可 预 测的 幅 值 范围 内 变 化时 ， 处理电路
输出的信号
ＣＨ１Ａ
在
±
５Ｖ
的电压范围内 ， 以满足模
／
数 转 换器 对
输入模拟电压信号的要求。
对转 换 后的 电 压 信号 的 采 集是 电 流 检测 的 重 要组 成 部 分 。
ＤＳＰ
芯片
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ
带有内置采样和保持电路的
１０
位模
／
数转换器， 但只能接收
０Ｖ－ ３．３Ｖ
的单极性信号， 同时由于系统对
电流检测精度要求较高， 所以采用
Ｍａｘｉｍ
公司的
１４
位
ＭＡＸ１２５
型转换器作为信号采集单元的核心。
ＭＡＸ１２５
的八路输入通道均
有
±
１７Ｖ
的输入故障保护电路， 采样电压的范围是
－ ５Ｖ～＋５Ｖ，
非常
适合基于
ＤＳＰ
的直线电机电流数据检测系统应用。
在本系统中， 霍尔传感器检测到的两相电流信号
Ｉ
ｕ
、
Ｉ
ｖ
通过处
理电路转换为电压信号
ＣＨ１Ａ
、
ＣＨ２Ａ
后， 再送
ＭＡＸ１２５
芯片进行
模
／
数转换。由于直线电机绕组采用星形连接， 根据电机学原理
：
（３）
在检测出
Ｉ
ｕ
、
Ｉ
ｖ
后， 可通过计算求出
Ｉ
ｗ
。因此在硬件设计时只需对三
相交流电中的任意两相进行检测、数
／
模转换， 以降低硬件成本。
４
电 流 的 过 流 与 保 护
直线 电 机起 动 时 的电 流 非 常大 或 因 控制 回 路 、驱 动 电 路 等
误 动 作 ， 造 成 输 出 电 路 短 路 等 故 障 ， 导 致 过 大 的 电 流 流 过 电 机
驱动系统中的绝缘三双极型功率管
（ＩＧＢＴ ）
， 都 会 使 流 过
ＩＧＢＴ
的电流超出其额定电流而将其烧毁。因此需要有快速检测出过
大电流的电路， 在
ＩＧＢＴ
承受 过 大 电流 时 ， 采取合理的过流保护
措施， 及时将其关断， 使其免遭损坏。
利用 电 流霍 尔 传 感器 检 测 母线 电 流 ， 当产生 过 流信 号 时 ，
将 信 号 传 给
ＤＳＰ
控 制 系 统 ， 引 起
ＰＤＰＩＮＴＡ（
功 率 驱 动 保 护 中 断
输入
）
中断， 关断控制信号波形发生。
过流过压故障检测电路如图
４
所示。图中电容
Ｃ
起滤波的
作 用 ， 电 位 器
Ｖ
Ｒ
给 出 参 考 电 压 ， 调 节
Ｖ
Ｒ
可 以 改 变 使 保 护 电 路
动作的电源电压值。
Ｉ
ｕ１
和
Ｉ
ｗ１
经比较器比较后， 其输出信号经光
耦 后 送 到 逻 辑 芯 片
ＧＡＬ２０Ｖ８，
与 其 他 过 压
（
三 相 交 流 电 压
）
检 测
信 号 逻辑 之 后 产 生 信 号
ＳＰＤＰＩＮＴ
， 送到
ＤＳＰ
的
ＰＤＰＩＮＧＴＡ
， 去
封锁
ＤＳＰ
的
ＰＷＭ
口。所有
ＰＷＭ
输出管脚全部为高阻状态， 同
时向
ＤＳＰ
内核发出一个中断请求， 通知
ＣＰＵ
有异常情况发生。
图
４
过流保护检测电路
５
实 验 结 果
作为控制对象的三相交流永磁同步直线电机的参数如表
１
所示。
表
１
永磁同步直线电机的参数
在整 个 永磁 同 步 直线 电 机 控制 系 统 中， 电流 环 的采 样 周 期
为
０．１ｍｓ
， 速 度 环 的 采 样 周 期 为
０．５ｍｓ
， 位 置 环 的 采 样 周 期 为
１ｍｓ
。实验结果表明采用了本文的电流检测系统后
， 永磁同步直
线 电 机 系 统 的 控 制 性 能 的 超 调 量 小 ， 调 节 速 度 快 ， 在 存 在 干 扰
的情况下可以实现对推力电流的精确控制， 如图
５
所示。
图
５
永磁同步直线电机启动过程中的电流
６
结 论
在永 磁 同步 直 线 电机 的 闭 环控 制 系 统中 ， 高 性 能的 推 力 控
２４
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