伺服电机控制系统作为机器臂的核心部件之一，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，决定了机器臂的适用性和灵活度。位置环、速度环和电流环组成了伺服电机的三环控制系统，本文将以亚德诺半导体(ADI)多款器件说明如何构建伺服电机电流环控制系统中的电流检测电路。

　　近年来，全球机器人产业发展迅猛，各行各业“机器换人”的趋势明显。数据显示，2020年全球机器人市场规模为250亿美元，预计到2030年该数字将达到2600亿美元，十年扩大十倍。目前机器人市场中技术最成熟的依然是工业机器人，依靠多关节的机械手臂，大幅提高生产效率，在汽车制造、电子生产等方面应用广泛。

　伺服电机控制系统作为机器臂的核心部件之一，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，决定了机器臂的适用性和灵活度。位置环、速度环和电流环组成了伺服电机的三环控制系统，本文将以亚德诺半导体(ADI)多款器件说明如何构建伺服电机电流环控制系统中的电流检测电路。

　　基于电流检测IC实现传统高低端电流检测

　　电流环是电机控制的核心环节，对于输出同一功率条件下的电机，高电压电机对应的电流要小，而低电压电机对应的电流会非常大。以机器手臂为例，一般比较多是高压的或者是低压的，低压到一般以48V直流为主。但是，不同的界定条件会对应不同的结果。测量电流时，电流检测技术分为高端检测和低端检测：将测量电阻放在电源与负载之间的这种测量方法称为高端检测，将测量电阻放在负载和接地端之间的这种测量方法称为低端电流检测。两种方法各有特点，低端检流方式在地线回路中增加了额外的电阻，高端检流方式则要处理较大的共模信号。

　　传统的高低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。高端检流电路通常需要用一个精密运放和一些精密电阻电容，最常用的高端检流电路采用差分运放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地。专用高端检流电路内部包含了完成高端电流检测的所有功能单元，可在高达32V 的共模电压下检测高端电流，并提供与之成比例的、以地电平为参考点的电流输出。这种方案需要对电流做精确测量和控制的应用，如电源管理和电池充电控制都适合采用这种方案。

　针对电流检测无论是高压还是低压，有另外一种性价比更高的选择——利用隔离调制器实现电机相电流检测，可以非常接近实际交流电流路径，就近把模拟信号转化为数字输出流，再通过DSP的数字滤波器可重构原始信息，这样最大程度地降低噪声拾取，降低EMI/RFI效应，提高系统精度。而且相对于传统基于光耦合器的解决方案容易受到较长的传播延迟影响，基于iCoupler隔离式调制器的电流检测应用技术可以使隔离式调制器响应和栅极驱动器的低传播延迟同时具备精确时序，通过快速粗调数字滤波器实现短路过流保护。

　　ADuM7701 是一款高性能、二阶Σ-Δ调制器，片上的数字隔离采用ADI公司的iCoupler技术，能将模拟输入信号转换为高速单位数据流，以进行隔离电流检测测量;ADuM7703 则是一款16位隔离式Σ-Δ ADC，提供低失调漂移(最大0.6 μV/°C)，可降低扭矩纹波，采用紧凑型8引脚封装，集成LDO，以简化电源设计和减小板面积。提供150 V/ns CMTI(最小额定值)，可配合GaN和SiC功率电子器件使用，适用于在一些以48V直流为主的低压伺服系统中。

针对中小功率电机应用，ADI生态伙伴世健公司开发的EPSH-MPC平台可以涵盖电机应用中全部的相电流检测功能，支持不同功率等级的电机电流环的设计，完整精确地实现了电流环回路的电流采集、PWM信号的调制、片内ADC信号链路调理及采集、编码器位置信号的采集，提供了电机的开环控制，通过提供完整的硬件设计和图型化的上位机软件，可帮助客户快速评估性能和缩短设计周期。本平台采用隔离模数转换器AD7403电流采样，外部电流回路经过分流电阻转换成相应的分流电压输入到AD7403的电压测试端，将数据通过DMA的方式存入相应的环形队列，并利用上位机软件对数据进行相应的分析。

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