【经验】如何为伺服电机相电流检测选择一款高精度运算放大器？

时间： 2018-11-25 来源：世强

技术问答

为避免工业数字化伺服电机因启动瞬间出现的3倍电机额定电流造成电机和其驱动电路烧毁的风险，需要对电机电流做实时精确控制，一般采用低成本四端采样电阻+隔离放大器+放大电路实现高精度电流采样，典型应用电路参考如下图1所示。

图1：四端采样电阻+隔离放大器+差分放大模式电流采样电路

采样电路原理：

当四端采样电阻有电流通过时，采样其两端电压值，然后经过隔离放大器做8倍或8.2倍差分放大（8倍增益放大隔离代表型号：AVAGO的ACPL-C79x、ACPL-C78x；8.2倍增益放大隔离放大器代表型号：SILICON LABS的SI8921BD-IS4，可pin to pin替代ACPL-C79x和ACPL-C79x。），由运放组成的差分放大电路放大系数是5，总放大倍数是40倍或41倍。

为保证电机电流采样精度，如控制在1%以内，对隔离放大器和模拟运放均需要做高精度选型，隔离放大器建议采用±0.3%精度的SI8921BD-IS4，而针对高精度运算放大器选型需求考虑哪些参数呢？一般参考以下几个因素：

1、更高增益带宽（GBP），可处理更高频率信号能力

2、更高转换速率（SR）可对信号细节还原能力越强

3、更高的共模抑制比（CMRR）

4、更低的总谐波失真+ 噪声（THD+N）

5、更低噪声密度（ENOISE）

6、更低输入失调电压（VOS）

7、更高电源抑制比（PSRR），对供电电源噪声有更出色的抑制能力，保证输出的电压变化量受供电电源噪声影响小

8、轨至轨输入/输出

针对如上设计考量，本文推荐一款国产圣邦微（SGMICRO）推出的低压、单电源供电、零交越失真CMSO运算放大器 SGM8965-2做精密电流采样信号放大，增益带宽高达50MHz，转换速率高达30V/μs，共模抑制比高达100dB，低至0.00015%卓越的总谐波失真+ 噪声性能，典型输入电压噪声密度低至4.5 nV/√Hz@10kHz，6μV/V出色的电源抑制比，轨至轨输入/输出，相关电性参数参考如下图2所示。

图2： SGM8965-2双通道运算放大器典型电性参数对照表

通过如上电性参数对照表易知：

针对伺服电机高精密电流采样信号放大应用，SGM8965-2双通道运算放大器在输入电性参数、输出电性参数、动态性能、供电电源、噪声性能等方面，均具有出色的产品性能参数；同时在静电放电敏感性参数上，HBM-JESD22-A114、MM- JESD22-A115、CDM- JESD22-C101等相应ESD放电标准里也是满足最最高规格要求的，参考如下图3所示。

图3：HBM-JESD22-A114、MM- JESD22-A115、CDM- JESD22-C101等ESD放电标准

下面，再提供下SGM8965-2双通道运算放大器的内部功能框图和pin脚定义参考如下图4所示。

图4：SGM8965-2双通道运算放大器的内部功能框图和pin脚定义

最后，总结下SGM8965-2双通道运算放大器的器件优势：

1、 50MHz典型增益带宽（GBP），可处理更高频率信号能力，使产品具有更强的兼容性，便于平台化设计；

2、 30 V/μs典型转换速率（SR），实现对信号细节还原能力越强，为高精度检测提供高可靠性保证；

3、 100dB典型共模抑制比（CMRR）；

4、 0.00015%更低的总谐波失真+ 噪声（THD+N）；

5、 4.5 nV/√Hz噪声密度（ENOISE）+5μVpp输入电压噪声，具有出色的低噪声特性；

6、 2.5mV最大输入失调电压（VOS），具有高精度采样能力；

7、 6μV/V典型电源抑制比（PSRR），对供电电源噪声有更出色的抑制能力，保证输出的电压变化量受供电电源噪声影响小；

8、轨至轨输入/输出；

9、世强常备库存，供货交期均有保障。

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