TI, ON Semiconductor, Allegro MicroSystems, Infineon, Toshiba, ST Microelectronics:
DC Motor Driver IC (H-bridge driver) – плодим и размножаем посредственное решение

Измерение тока силовой обмотки электрической машины в приложениях управляемого электропривода или в импульсных преобразователях – это стандартная задача. Первичные напряжения 24, 36 и 48 В – широко распространены. В этой нише максимальное напряжение для затвора силового транзистора (20 В) превышено. Поэтому необходимо применять предрайвер с бутстрепным питанием. Количество дискретных элементов в схеме резко увеличивается. Поэтому логичным было появление специализированных микросхем – силовых мостов с управляющей логикой решающей задачу сопряжения с микроконтроллером. Подобные микросхемы предложили все широко известные производители. TI (DRV8840, DRV8871, L293), ON Semiconductor (TND6041-D, LB1938FA), Allegro MicroSystems (A4950), Infineon (TLE4207G), Toshiba (TA7291), ST Microelectronics (L6201, L6202, L6203). И перечень далеко не полный. Однако, все, списывая друг у друга, размножили посредственное решение.

Суть в том, что для контроля тока предполагается установка одного шунта в цепь между землей и нижними выводами двух стоек моста. Да. Существует много приводов где реверс движения, рекуперация энергии или режим слежения не требуются. Но микросхема же все же должна быть универсальной. Один шунт – не позволяет идентифицировать направление тока в обмотке. В результате пользователи микросхем вынуждены использовать схемотехнические решения, которые ни как нельзя назвать красивыми. Самое распространенное – установка шунта последовательно с нагрузкой моста и применение дифференциального усилителя с расширенным диапазоном синфазной составляющей (High common-mode voltage difference amplifier) AD629, AD8205, INA148. Особенность этих усилителей в том, что при изготовлении, лазером, на кристалле подгоняют номиналы сопротивлений. Требуемая точность этой операции – 5..6 значащих десятичных чисел. Такая микросхема дешевой быть не может.

Второе решение, которое используют разработчики – измерение тока микросхемой ACS712 – с датчиком Холла и с очень непростой схемотехникой. Тут и предложений альтернативных микросхем нет. И чувствительность – 5 А минимум – не соответствует обозначенной области решений. А на IR2175 – с бутстрепным питанием (от коммутируемого конденсатора) и ШИМ-выходом мало кто отваживается.

Решение же задачи примитивно простое. Фирмам изготовителям не нужно было объединять нижние выводы стоек моста внутри микросхемы. Пользователи могли бы установить два шунта и привести измеряемый ток к шкале АЦП микроконтроллера схемой на ОУ в дифференциальном включении. В этом случае можно использовать любой микромощный ОУ без требований к быстродействию (Single-supply, rail-to-rail, low power amplifier) AD8544, AD823, AD820, LMC6061, LTC6800, 140УД12 (если пожертвовать частью шкалы).

Схема измерения тока нагрузки силового полупроводникового моста

В качестве комментария к представленной на чертеже модели схемы для измерения тока можно дополнить следующее. Запитать ОУ желательно от напряжения 5..6 В. Задействовать весь диапазон выходного напряжения. А для приведения к шкале АЦП использовать делитель.

Резюме. В сложившихся условиях, когда требуется чувствительность к знаку тока, дешевле всего отказаться от микросхем силовых мостов. Мост следует собирать из дискретных элементов с предрайверами. И установить шунты в каждую стойку. Это решение получается дешевле, чем применение микросхемы с двумя интегрированными мостами для машин постоянного тока (L6205N) или с тремя стойками для трехфазных машин (L6234).

27.03.2016