马达驱动电流环的设计，作为驱动器领域技术上的一个重点和难点一直困扰着很多工程师，今天让我们一起来揭开他的面纱。

对于一个马达来说，如果电流变大的话，可能造成的危害有两个：

1.电机本体本身会发热，会损坏；

2.我们驱动器的MOSFET会由于电流过大导致发热，甚至损坏。另外，我们这套系统使用电源或者电池供电的，电流变大的话，也就是功率变大了，这个时候提供能量的电源或者电池就会出现问题，或者出现异常保护。

因此，为了我们这样一个系统能够稳定的工作，我们就需要对电机的电流进行监控。

一般的，监控电流之后的保护措施有两种：

1.当检测到电流过大之后，我们就实行一个关断保护；

2.有的情况下，我们是不能关断保护的，比如说无人机，由于某种原因导致过流了，过流了之后如果进行关断的话，它就会摔下来，因此这个时候是不能进行关断的，还要继续保持一定功率去工作。当然也不能过大功率去工作，这个时候就需要我们对它进行一个限功率输出，也叫恒功率输出。

那么恒功率的目的，也就是恒电流输出，也就是我们所说的“电流环”。对于一个电机来说，实际上它的“环”是有很多的，比如说有:电压环、转速环、位置环、电流环。我们这次和大家谈的主要是电流环，那么谈这个电流环的话，首先我们要和大家谈的是电机的电流如何进行一个采样。

电机电流的采样一般我们分两种形式：一种方式是我们直接从电源端采样，对于电源端采样，比如说像这个桥式电路，+15V是给电池供电的电压，我们把这样的一个电压叫做Vbus电压（如下图）。

这个Vbus电压实际上是由电源供过来的，我们可以在这个电压前面，我们串接一个很小的电阻，当然了，这个电路的网络就需要改动一下（如下图），而且R3如果做采样电阻的话，所以说它的电阻的就不能大，大的话，它会影响功率的输出，比如说我们可以用一个10Ω这样的电阻。当它流过电流之后，由于它有阻值，那么它两端就有一个电势差，我们测量这个电势差，然后它的电流等效成电势差除以一个10Ω的阻值，而R3两端的电压我们就可以通过一个运放进行采集。这种方式输出来的话，采集的是一个平均电流。

如果Vbus电压是高压的话，比如说几十伏以上。而我们的运放，它的输入电压是不可能很高的，这样的话，运放就不能直接进行采集，就需要进行分压，或者进行一个隔离，比如说用一个高速光耦进行隔离，再进行采样，这样的话，也是一个比较不错的方法，但是它的成本会比较高。

我们还有一个方法：由于R3是放在Vbus端，它是属于电源端，它的电压比较高的话，运放它的成本就比较高，这样我们可以把检流电阻放在地端（如下图）。放在地端的话，它过来的就是一个低的电压。低的电压对于一个正常的运放来说，是在它的电气参数范围之内的，所以说这样就没有什么问题了。因此，通过一个这样的方式，我们可以进行一个采样。

理想情况下，我们是进行差分输入的，运放的两端一定要紧挨着这个检流电阻。而不能把这个地方直接接到地上，甚至在layout的时候把这个“地”接到其他地方去了，这样的话就会把干扰采集进来（如下图）。

因为在布局的时候，“1”点的地和“2”点的地其实是不同的（如下图）。理论上这两点的电位是相同的，但事实上，它是不相同的。原因很简单，这个电路是接马达的相线的，电流会很大，这样的一个大电流下来的话，在到达这个地上之后，这个地上必然会发生震荡。为什么有了大电流之后，“1”点和“2”点之间的地会不一致呢？我们可以设想一下，假设这是一个广大的湖面，在湖面很平静的情况下，这两点的水位是一样高的，我们在“2”点扔一个石头的话，这样的话，水面的就会产生涟漪，由于水面在高、低不断地晃动，那么这两点就不是同样的水位了。所以，我们需要在靠近检流电阻的地方进行采集，这样的话，即使存在高低波动的话，检流电阻的两端会同时变高或变地，但是检流电阻两端的电压差是不变的，这样的话，就由通过的电流决定了。当然，由于M6是高速开关的，所以R61需要是低ESL的电阻，一般是贴片电阻，一定要是低ESL的，如果感量太大的话，由于di/dt比较大，那么就会产生感抗，R61两端电压量出来就会比较高，但是事实上电压是没有那么高的，所以说这个地方对电阻的选型是有要求的。

如下图，R61采集过来的电压需要进行放大，为什么需要进行放大呢？首先，第一，这个检流电阻的阻值不能太大，如果阻值太大的话，假设有30A的电流流过，如果电阻为1Ω，那么电阻的功率为：30*30*1=90W，一般没有这样的电阻，即使有，成本也很贵。

所以说这个地方需要选择小电阻，当然了，这个地方需要根据电机和电流来进行选择。最好这个电阻的功率是正常的，比如说、、、、，最多到，其实就已经很贵了，要一块钱以上了。

由于电阻值取值比较小，所以流过电流之后电阻两端的电压差比较小，这个时候需要我们设计一个运算放大电路来进行放大。这个时候放大多少倍呢，实际上放大了1+51K/1K=52倍，其中R51和R54是用来进行阻抗匹配的。所以我原先一直说“源”、“回路”、“阻抗”，这个地方阻抗的作用是比较大的，如果阻抗不一样的话，这个地方放大之后的电压是飘的，不是真正想要的值。

如下图所示，R61两端的电压经过简单的差分放大之后进行输出，我们对R62后面的点进行分析，这个点得到的是放大的信号，那么放大多少呢？放大的这个信号是给我们的单片机的，对应的是单片机的AD采样口，单片机的采样口一般是3.3V居多，现在5V用的已经不多了，所以说最大电流放大之后对应的电压不能超过3.3V，因为超过3.3V的话，对于AD采样来说，已经超过它的最上限值了，所以就没有意义了。这样的话，要提前算好这个电机上的最大的电流是多少，这个电阻要选好，放大后不要超过3.3V，最好不要超过3V，这样测量出来后就比较准。

第二，我们要考虑运放，我们输入端的检流电阻R61，它的沿是比较陡的，如下图所示。

一般的运放，我们分高带宽和低带宽。如下图所示，运放的带宽比较高的话，它的输出沿是比较陡的，我们也将它称之为压摆率，如果压摆率比较小的话，它的输出是比较缓的，我们规定1s内上升的电压值为压摆率。很明显第1条红线1s内上升的电压值是比较高的，而第二条红线是比较低的。理想情况下，运放输出的斜率和前面R61上的斜率是相等的，所以运放的压摆率比较低的话，在对输入值进行采样的话，采样的值不是真正的值，而是被运放放慢了，所以我们要

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