CN110062891B - 感测马达电流 - Google Patents

Abstract

一种用于感测马达的驱动电流的电路，该电路包括：驱动器，该驱动器被配置为生成多相马达的各个相的驱动电流，所有的驱动电流的瞬时总和为零；所述多相马达的各个相的电流传感器，各个电流传感器被配置为测量该相的驱动电流并且包括多个电流传感器元件，所述多个电流传感器元件相互被布置为，各个电流传感器元件的由在待测驱动电流外的磁场引起的驱动电流系统误差的大小相同；以及控制器，该控制器被配置为，针对所述多相马达的各个相，生成该相的驱动电流的估计，使其为该相的测量驱动电流减去所有相的测量驱动电流的总和的1/n，n是多相马达的相数。

Description

感测马达电流

背景

在由马达控制的系统中，需要准确地感测被驱动通过马达的电流。通常，电流以及几个其它参数被监测并且被输入至改进马达的操作的反馈控制环路。例如，在DC马达中，使马达旋转的电流、轴位置、速度和方向全部都可以被测量，并且那些测量输入至马达控制电路，形成到驱动器的控制输入以调整马达的操作。

可以使用电流感测电阻器来测量马达的驱动电流。分流电阻器放置在马达驱动线上，使得其先于马达接收到驱动电流。电阻器上产生的电压降例如由差动放大器测量，从而产生驱动电流。电流感测电阻器抵抗其周围环境的热变化并且抵抗外部电磁场。

然而，电力在分流电阻器中耗散，因此，电流感测电阻器是侵入电流感测机构：从电流感测电阻器到马达的电流输出低于到其的输入。在分流电阻器中耗散的电力在随电阻的增加而二次地增加。在通常用于驱动马达的高电流下，电流感测电阻器所生成的废热可能超过马达和/或周围的电路系统可以被安全的暴露的阈值。另外，马达和周围的电路系统通常受高电流下被电流感测电阻器超过的功率的限制。

为了满足功率限制和减少传感器的侵入性，可以减小电阻器的大小。然而，电流感测电阻器的输出信号随电阻线性增加，因此，通过减小电阻，降低电流感测电阻器的灵敏度。非常小的电流引起无法在背景噪声级下检测到的非常小的电压降。因此，具有低电阻的电流感测电阻器具有信噪比低的输出信号。越小的电阻器越不准确，这导致输出信号中的误差增加。另外，马达通常是用高频电流来驱动的。在低电阻下，电阻器的阻抗由电感而不是电阻控制。因此，驱动电流无法像上面描述的那样被直截了当地导出。

电流感测电阻器的替代传感器是霍尔传感器。霍尔传感器是被作用于其的外部磁场启动的磁性电流传感器。因此，能够提供对马达通过检测电流流动所生成的磁场驱动的电流的非侵入性测量。霍尔传感器产生根据其周围的磁场密度而变化的输出电压。因此，通过测量离驱动器输出的路径最近的霍尔传感器的输出电压，确定马达的驱动电流。没有测量驱动电流通过霍尔传感器耗散。因此，霍尔传感器不会遇到电流感测电阻器的废热和功率问题。

对其周围的热环境和外部电磁场不敏感的大霍尔传感器是可用的。然而，这些大霍尔传感器不适合小型的、轻量级的应用。在这些应用中，电流传感器的占地需要尽可能的小，并且需要最小化电流传感器的重量。可以包装成小IC的小霍尔传感器是可用的。然而，这些霍尔传感器会遇到这样一个问题：其操作对其周围的热环境和外部电磁场(例如，马达中的磁铁所产生的电磁场)非常敏感。当马达被驱动时，马达和霍尔传感器所在的电路板的温度增加至在狭窄的温度窗口外面的水平，在该水平下，霍尔传感器提供准确的电流测量。

因此，需要提供一种用于准确地测量马达的驱动电流的非侵入性电流传感器，该非侵入性电流传感器适合于小型的、轻量级的应用。

发明内容

根据本发明的方面，提供了一种用于感测马达的驱动电流的电路，该电路包括：驱动器，该驱动器被配置为生成多相马达的各个相的驱动电流，所有的驱动电流的瞬时总和为零；多相马达的各个相的电流传感器，各个电流传感器被配置为测量该相的驱动电流；以及控制器，该控制器被配置为：针对多相马达的各个相，生成该相的驱动电流的估计，使其为该相的测量驱动电流减去所有相的测量驱动电流的总和的1/n，n是多相马达的相数。

驱动器可以被配置为：响应于控制输入而生成多相马达的各个相的后续驱动电流，控制输入包括各个相的驱动电流的估计。

控制器可以被配置为：生成各个测量驱动电流的误差的估计，使其为所有相的测量驱动电流的总和的1/n。

多相马达可以有三个相。

各个电流传感器可以包括多个电流传感器元件，各个电流传感器元件被配置为测量相的驱动电流，从而生成驱动电流读数，该相的测量驱动电流是电流传感器元件的驱动电流读数的组合。

各个电流传感器的多个电流传感器元件可以相互被布置为，各个电流传感器元件的由在待测驱动电流外的磁场引起的驱动电流系统误差的大小相同。

各个电流传感器的多个电流传感器元件可以包括：被布置为相反取向的两个电流传感器元件。

控制器可以被配置为，计算该相的测量驱动电流，使其为两个电流传感器元件的驱动电流读数的总和的一半。

各个电流传感器的多个电流传感器元件可以包括被布置为相同取向并且反向串联连线的两个电流元件。

控制器可以被配置为计算该相的测量驱动电流，使其为两个电流传感器元件的驱动电流读数的差值的一半。

各个电流传感器的多个电流传感器元件可以包括被布置为相反取向并且并联连线的两个电流元件。

控制器可以被配置为计算该相的测量驱动电流，使其为两个电流传感器元件的驱动电流读数的总和。

各个电流传感器元件可以是被配置为输出霍尔电压的霍尔传感器，驱动电流读数是霍尔电压的函数。

电路可以进一步包括温度传感器，该温度传感器被配置为测量电路温度并且将测量电路温度输出至控制器。

控制器可以被配置为：接收来自温度传感器的第一校准温度测量和来自多相马达的相的电流传感器元件的第一校准霍尔电压，在电路断开期间同时得到两个测量；接收来自温度传感器的第二校准温度测量和来自电流传感器元件的第二校准霍尔电压，在电流连接期间同时得到两个测量；以及从接收到的校准测量导出电流传感器元件的霍尔电压的热校准曲线。

控制器可以被配置为：在生成相的驱动电流的估计之前，校准该相的测量驱动电流。

热校准曲线可以是线性的，并且控制器可以被配置为：根据相的电流传感器元件的热校准曲线，通过从该相的电流传感器元件的各个驱动电流读数减去线性偏移量，来校准相的测量驱动电流。

控制器可以被配置为：在启动时接收电路断开期间得到的第一校准温度测量和第一校准霍尔电压。

控制器可以被配置为：在使用过程中接收马达断开期间得到的第一校准温度测量和第一校准霍尔电压。

控制器可以被配置为：当相的驱动电流在该相的较高驱动电流时段之后被驱动器短暂地驱动为零时，接收电路连接期间得到的第二校准温度测量和第二校准霍尔电压。

电路可以进一步包括磁屏蔽，该磁屏蔽容纳所有的电流传感器。

磁屏蔽可以包括被布置在电流传感器的任一侧的两个屏蔽层。

磁屏蔽可以包括位于马达与电流传感器之间的附加屏蔽元件。

磁屏蔽可以由钼金属(Mu-metal)组成。

附图说明

现在将参照附图仅仅通过举例的方式来描述本发明。在附图中：

图1图示了马达控制电路；

图2图示了呈Y字形绕组布置的三相马达；

图3是图示了霍尔电压与温度之间的关系的标绘图；以及

图4、图5和图6图示了差动霍尔传感器元件的布置。

具体实施方式

通过马达驱动的电流取决于特定应用。例如，其取决于马达被配置来驱动的组件。在许多应用中，驱动电流在大小上有显著差异，并且可能非常高。例如，电流可以高达50A。驱动电流还可以具有大的频率带宽，并且可以具有非常高的频率。例如，带宽可以是～50kHz。因此，用于感测电流的电路系统在大的频率带宽上是有效地敏感的，并且能够准确地检测高电流。另外，电路系统有效地具有小的占地，并且能够以非侵入性方式生成电流测量。霍尔传感器能够在小的占地上以非侵入性方式测量高幅值和高频率电流。霍尔传感器生成实时电流测量。当驱动电流改变时，磁场生成变化，并且因此，霍尔传感器所输出的电压改变。因此，从霍尔传感器导出的电流测量在驱动电流的频率下更新。该电流测量有高信噪比，因此，会经受很少的滤波。因此，电流在高带宽和低带宽下是准确的。因此，霍尔传感器对于测量高速和低速电流信号而言是准确的。

然而，如上所述，霍尔传感器的热稳定性差。这会在霍尔传感器的电流测量方面导致大的系统误差，因为霍尔传感器周围的温度是从小的温度窗口导出的，在该小的温度窗口上，霍尔传感器的性能是稳定的。霍尔传感器同样对外部电磁场非常敏感。由附近的电路系统，诸如，由马达中的磁铁引起的磁场由霍尔传感器以及驱动电流所引起的磁场拾捡(picked up)，从而导致电流测量中的误差。

下面描述了用于减轻小霍尔传感器(即，可以集成到IC上的霍尔传感器)的热和/或电磁敏感性，从而使霍尔传感器能够用于准确地测量马达的驱动电流的马达控制电路的电路系统。

图1图示了示例性马达控制电路100。驱动器102在控制器106的控制下驱动马达104。所描绘的马达104是具有n个马达相108的多相马达，其中，n是正数。例如，马达可以是无刷DC马达。马达可以是三相马达，例如，呈Y字形或者三角形绕组布置。马达可以有三个以上或者以下的马达相。在图1中，各个马达相通过驱动器102的相应的驱动元件110被分开驱动。因此，存在从驱动器102到马达104的n条马达驱动线。马达104有n条马达输出线112，各个马达输出线用于n个马达相108中的各个相。

马达控制电路进一步包括n个电流传感器114，各个电流传感器在驱动器和马达之间的各马达驱动线中。各个驱动元件110所输出的驱动电流是在其被输入至其相应的马达相108之前由电流传感器114中的一个电流传感器测量的。各个电流传感器将其驱动电流度量值输出至控制器106。控制器106根据从电流传感器114接收到的测量，将控制输入116输出至驱动器102。驱动器根据控制信号116来生成相应马达相的驱动电流。驱动器可以独立地驱动马达驱动线。在这种情况下，控制信号116包括各个驱动元件110的控制输入。因此，特定马达相的驱动电流是由驱动元件仅仅根据该马达相的感测驱动电流产生的。可替代地，驱动器可以根据多个或者所有感测驱动电流的第二驱动电流来驱动马达驱动线。在这种情况下，控制信号116仅仅可以包括所有驱动元件110的一个控制输入。

除了电流之外，驱动器还可以根据其它感测参数选择电流来驱动马达。例如，还可以测量旋转马达的轴位置、速度、扭矩和方向中的一个或者多个，并且将那些测量反馈到控制器106以生成要发送至驱动器以调整马达的操作的控制信号。

驱动器可以根据除了感测到的和在反馈回路中接收到的输入之外的输入来选择电流，以驱动马达。例如，用于改变马达的方向、速度或者扭矩中的一个或者多个的外部输入可以由控制器106接收。控制器然后根据发送至驱动器以调整马达的操作的这些输入来生成控制信号。

在示例性实施方式中，多相马达被布置为，使n个马达相的驱动电流的总和在任何时间点为零：

其中，I是电流。

图2图示了呈Y字形绕组布置的三相马达。所有三个绕组202、204、206都是连接的。在图2中：

I₁+I₂+₃＝0 (等式2)

各个霍尔传感器114得到的驱动电流测量经受因为上述霍尔传感器的热和电磁敏感度而产生的误差。

其中，I^m是测量电流，并且e^m是误差。

由于误差，所有传感器的测量驱动电流的总和不是零。

相反，所有传感器的测量驱动电流的总和是：

因此，

在图2的示例中，所有传感器的测量驱动电流的总和I^SUM是：

因此，

各个霍尔传感器可以被视为经受相同的误差。因此，

在集成到IC上的马达控制电路中，霍尔传感器114彼此接近。例如，它们可以隔开<～6mm。适当地，霍尔传感器114被定向在关于安装有其的电路板的相同的取向上。因此，各个霍尔传感器所经历的外部电磁场是大体上相同的。因此，霍尔传感器经受相同的误差的近似是合理的。

因此，各个测量驱动电流的误差可以被视为：

对于图2的示例：

各个马达相的驱动电流因此可以被估计为：

其中，I_n ^EST是第n个马达相的估计驱动电流。

在图2的示例中：

控制器106从n个霍尔传感器114接收n个马达相的测量驱动电流

控制器106的误差校正器126生成n个马达相中的各个马达相的估计驱动电流

误差校正器126可以另外生成对测量驱动电流中的各个测量驱动电流的误差

的估计。控制器将控制信号116输出至驱动器102。该控制信号包括n个马达相的各个马达相的估计驱动电流。驱动器响应于控制信号生成各个马达相的驱动电流。例如，如果马达相的估计驱动电流小于所需值，则驱动器102可以通过增加到马达的该相的电流输入来作出回应。同样，如果估计驱动电流大于所需值，则驱动器102可以通过减少到马达的该相的电流输入来作出回应。

如上所述，霍尔传感器对其周围的热环境是敏感的。霍尔传感器的输出电压经受温度偏移量。偏移量随霍尔传感器的周围温度而改变。霍尔传感器的周围温度通常是电路板的操作温度，在该电路板上，马达被驱动。电路板的温度范围取决于应用。电路板的温度可以从-40℃到125℃变化。电路板的温度可以从15℃到60℃变化。霍尔传感器输出电压随电路板的操作温度范围内的温度的漂移可以近似为线性关系，如图3所示。图3是标绘了霍尔传感器测量到的霍尔电压相对于相同的马达驱动电流的图表。如图3所示，霍尔电压在经受相同的磁场密度时随温度线性增加。

各个霍尔传感器114所测量的驱动电流是该霍尔传感器的霍尔电压的函数。适当地，各个霍尔传感器将其霍尔电压输出至控制器106。控制器106然后根据热校准曲线校准各个霍尔传感器的霍尔电压以校准热漂移的霍尔电压读数。控制器然后确定对由利用热校准的霍尔电压读数的该霍尔传感器感测到的马达相的驱动电流的估计。

马达控制电路可以包括温度传感器118。温度传感器118测量电路温度并且将测量电路温度输出120至控制器106。温度传感器118可以连续或者定期测量温度，并且将其输出至控制器106。可替代地，温度传感器118可以响应于来自控制器106的控制信号122测量和输出电路温度。

控制器执行校准，以导出霍尔传感器的热校准曲线。两对校准测量(在图3中被标记为A和B)被得到和输出至控制器。各对校准测量包括由温度传感器118得到的温度测量和来自霍尔传感器114的霍尔电压。温度和霍尔电压同时由其相应的传感器测量。霍尔传感器114可以响应于接收到来自控制器106的控制输入124而得到和输出霍尔电压。温度传感器118可以响应于来自控制器106的控制信号122而得到和输出温度测量。

马达相的驱动电流在两对校准测量期间是相同的。例如，马达相的驱动电流在两对校准测量期间可能为0。霍尔传感器所暴露的温度在校准对B期间比在校准对A期间大。可以在电路断开期间得到第一对校准测量A。在这段时间内，马达相的驱动电流为零。例如，可以在电路的操作之前在电路启动期间得到第一对校准测量A。此时，电路板温度与电路板的周围环境的温度(即，室温)相同。可替代地，可以在马达操作时在马达短暂断开期间得到第一对校准测量A。马达的感应时间常数非常短，因此，马达所生成的热能快速消散，并且电路板的温度恢复为电路板的周围环境的温度。因此，在马达断开～1μs之后，可以得到第一对校准测量A。

当电路板的温度已经因为马达电路的操作而增加时，在电路连接期间同时得到第二对校准测量B。马达相的驱动电流在第二对校准测量B期间与在第一对校准测量A期间是相同的。因此，如果马达相的驱动电流在第一对校准测量A期间为零，则马达相的驱动电流在第二对校准测量B期间也为零。为了得到第二对校准测量B，控制器可以将控制信号输出至驱动器，使得该马达相的驱动电流瞬时为零。在这个时间之前，马达相的驱动电流更高。控制器接收来自霍尔传感器的霍尔电压读数和来自温度传感器的温度测量，该霍尔电压读数和该温度测量在该马达相的驱动电流为零时被同时得到。控制器可以将控制信号发送至霍尔传感器和温度传感器以激发它们，从而得到和输出第二对校准测量B。

控制器106的校准器128接收两对校准测量A和B。校准器从校准测量A和B导出霍尔传感器的霍尔电压的热校准曲线。假设霍尔电压与温度之间的关系是线性的，如图3中用线300所示的。事实上，霍尔电压与温度之间的关系从精确的线性关系导出。然而，在霍尔传感器可能暴露于马达电路的温度范围内，线性关系是很好的近似。因此，热校准曲线是线性的。由于霍尔传感器检测到的马达相的驱动电流在校准测量A和B中是相同的，霍尔电压读数一旦针对热漂移被校正，便应该是相同的。霍尔传感器在测量A的温度下是准确的，但是在测量B的较高温度下不是准确的。因此，图3上的线302图示了已经在其未经受热漂移的温度范围内被测量到的霍尔电压。线302与霍尔电压校准测量A相交。因为，众所周知，霍尔电压测量B应当已经与霍尔电压测量A相同，所以霍尔电压测量B与霍尔电压测量A之间的线性偏移量是已知的。该线性偏移量在图3上由304描绘。由此，导出该霍尔传感器的热校准函数。热校准函数是取决于温度的线性偏移量。

在后续操作期间，温度传感器118得到输出至控制器的规则温度测量。校准器接收由霍尔传感器测量的霍尔电压。校准器使用最近接收到的温度测量来确定线性偏移量。校准器然后通过从霍尔电压读数减去线性偏移量，来校准热漂移的霍尔电压读数。完成此操作之后，控制器然后可以应用本文所描述的附加误差校正方法以生成对马达相的驱动电流的估计。

适当地，控制器对马达控制单元中的各个霍尔传感器单独地执行校准，从而导出各个霍尔传感器的热校准曲线。控制器然后使用该霍尔传感器的热校准曲线来校准各个霍尔传感器输出电压。在替代方法中，控制器仅仅可以对马达控制电路中的一个霍尔传感器执行校准，并且然后使用校准的霍尔传感器的热校准曲线来校准来自马达控制电路中的各个霍尔传感器的霍尔电压。可替代地，控制器可以通过接收来自各个霍尔传感器的校准温度测量并且算出它们的平均数，来导出马达控制电路中的所有霍尔传感器的平均热校准曲线。控制器然后使用平均热校准曲线来校准各个霍尔传感器的霍尔电压。后两种方法最小化执行马达控制电路的热校准所需的存储空间和电力。

各个霍尔传感器114可以包括单个霍尔传感器元件。可替代地，各个霍尔传感器114可以包括多个霍尔传感器元件。霍尔传感器114的多个霍尔传感器元件中的各个霍尔传感器元件独立地测量马达相的驱动电流，以形成驱动电流读数。霍尔传感器114测量到的驱动电流是该霍尔传感器的个别霍尔传感器元件的驱动电流读数的组合。霍尔传感器可以包括任何数量的霍尔传感器元件。适当地，霍尔传感器元件的数量被选择成马达控制电路不敏感的谐波的数量。

在下面的示例中，霍尔传感器由两个霍尔传感器元件组成。两个霍尔传感器可以安装在与电流正被它们测量的马达驱动线相同的平面上。两个霍尔传感器元件形成一对差动传感器。两个霍尔传感器元件相互被布置，各个霍尔传感器元件的因在驱动电路之外的磁场被测量而产生的霍尔电压系统误差的大小相同。这是通过霍尔传感器元件的相对位置和/或它们相互连线的方式而得到的。两个霍尔传感器元件的驱动电流读数组合以消除该系统误差，使得霍尔传感器114的结果驱动电流测量整体不会经受种系统误差。

图4、图5和图6图示了霍尔传感器114的两个霍尔传感器元件的示例布置。图形+和–表示传感器的方向。被标记为+和－的传感器相同取向。被标记为+和－的传感器相反取向。

在图4中，霍尔传感器元件背对背布置在电路板上。霍尔传感器402和404均测量正电流I。然而，霍尔传感器元件相反取向。因此，因为霍尔传感器元件402测量到的外部磁场而产生的系统误差与因为霍尔传感器元件404测量到的外部磁场而产生的系统误差相反。来自霍尔传感器元件402的电流测量是：

I^m1＝I+e_m+e′ (等式14)

其中，I^m是测量电流，I是真实电流，e_m是因为外部磁场而产生的误差，并且e’是误差(诸如，因为热漂移而产生的误差)的其它源。

来自霍尔传感器元件404的电流测量是：

I^m2＝I-e_m+e′ (等式15)

基于接收到来自这些霍尔传感器元件的这些电流测量读数，控制器总体通过将电流测量读数添加在一起并且然后将结果对分，来确定霍尔传感器的电流测量：

I^m＝I+e′ (等式17)

因为外部磁场e_m而产生的误差因此被从霍尔传感器的电流测量I^m消除。

在图5中，霍尔传感器元件并排布置在电路板上。霍尔传感器元件串联连线。霍尔传感器元件在相反取向上连线，使得一个霍尔传感器元件502测量正电流I，而另一个霍尔传感器元件504测量负电流－I。两个霍尔传感器元件定向为相同取向。因此，两个霍尔传感器元件测量到的因为外部磁场而产生的系统误差是相同的。来自霍尔传感器元件502的电流测量是：

I^m1＝I+e_m+e′ (等式18)

其中，I^m是测量电流，I是真实电流，并且e_m是因为外部磁场而产生的误差，并且e’是误差(诸如，因为热漂移而产生的误差)的其它源。

来自霍尔传感器元件504的电流测量是：

I^m2＝-I+e_m+e′ (等式19)

基于接收到来自这些霍尔传感器元件的这些电流测量读数，控制器总体通过计算电流测量读数之间的插值并且然后将结果对分，来确定霍尔传感器的电流测量：

I^m＝I+e′ (等式21)

因为外部磁场e_m而产生的误差因此被从霍尔传感器的电流测量I^m消除。

在图6中，霍尔传感器元件并排布置在电路板上。霍尔传感器元件并联连线。霍尔传感器602和604均测量负电流I/2。然而，霍尔传感器元件相反取向。因此，因为霍尔传感器元件602测量到的外部磁场而产生的系统误差与因为霍尔传感器元件604测量到的外部磁场而产生的系统误差相反。来自霍尔传感器元件602的电流测量是：

其中，I^m是测量电流，I是真实电流，e_m是因为外部磁场而产生的误差，并且e’是误差(诸如，因为热漂移而产生的误差)的其它源。

来自霍尔传感器元件604的电流测量是：

基于接收到来自这些霍尔传感器元件的这些电流测量读数时，控制器总体通过将电流测量读数添加在一起来确定霍尔传感器的电流测量：

I^m＝I^m1+I^m2 (等式24)

I^m＝I+e′ (等式25)

因为外部磁场e_m而产生的误差因此被从霍尔传感器的电流测量I^m消除。

霍尔传感器元件可以互相干扰。流过一个霍尔传感器元件中的线的电流产生可以干扰另一个霍尔传感器元件进行的测量的磁场。与图5和图6的布置相比较，图4的传感器测量对这种干扰有更高的敏感性。然而，因为外部磁场产生的误差e_m与图4上的传感器元件对而不是与图5和图6的传感器元件对是更好的匹配。一个霍尔传感器元件的测量中的、因为另一个霍尔传感器元件的磁场而产生的误差，已经确定为约4％。控制器106可以被配置为校正该误差的由控制器从霍尔传感器接收到的霍尔电压。

在示例性实施方式中，霍尔传感器的各个霍尔传感器元件是使用本文所描述的方法针对其温度依赖性被单独校准的。

霍尔传感器可以被磁屏蔽，以减少霍尔传感器测量中由外部磁场引起的误差。该屏蔽可以用于将外部磁场均匀地分布在霍尔传感器上。因此，各个霍尔传感器经历来自外部磁场的相同的干扰。屏蔽可以是在与霍尔传感器相对的一侧，而不是在安装有霍尔传感器的电路板上的单一层。层可以平行于电路板。屏蔽可以是两层，一层在安装有霍尔传感器的电路板的任一侧。这两层可以平行于电路板。屏蔽可以包括位于霍尔传感器114与马达104之间的附加屏蔽元件。

屏蔽可以由钼金属(Mu-metal，高导磁合金)组成。钼金属具有高导磁率，该高导磁率绘制到屏蔽而不是屏蔽保护的区域的磁场线。钼金属屏蔽因此本身是霍尔传感器的磁干扰的源。因此，钼金属屏蔽离霍尔传感器足够远，以不会干扰其电流测量。另外，钼金属屏蔽是饱和的。因此，钼金属屏蔽的大小足够大以吸收饱和前马达控制电路期望经受的外部磁场。

用于减轻霍尔传感器的热和/或电磁敏感性的上述电路系统中的任何一个或者多个可以与马达控制电路组合使用。

马达控制电路100适当地并入基于计算的装置内。基于计算的装置可以是电子装置。适当地，基于计算的装置包括用于处理控制装置的操作以实施本文所描述的方法的计算机可执行指令的一个或者多个处理器。计算机可执行指令可以使用诸如存储器等任何计算机可读介质来提供。本文所描述的方法可以由有形存储介质上的呈机器可读形式的软件执行。软件可以在基于计算的装置处提供以实施本文所描述的方法。例如，控制器的误差校正器可以包括：用于校正从霍尔传感器接收到的电流传感器读数的误差校正逻辑。控制器的校准器可以包括用于执行本文所描述的校准逻辑。

由马达控制电路100控制的马达104可以用于驱动连接机器人的四肢的关节运动。例如，马达可以用来驱动外科手术机器人手臂中的关节。需要使外科手术机器人手臂尽可能紧凑。用于驱动外科手术机器人手臂的关节的致动的马达优选地被定位为靠近关节。因此，包括电流传感器114的马达控制电路100优选的是尽可能的小。外科手术机器人经受最大功率限制并且也经受温度限制。利用本文所描述的电路系统和方法使小霍尔传感器能够提供准确的、温度稳定的和非侵入式的电流测量，并且因此适合于并入外科手术机器人的马达控制电路中。

申请人在此独立地公开了本文描述的各个单独特征以及两个或多个这种特征的任意组合，使得根据本领域技术人员的公知常识，基于本说明书作为整体能够来实施这种特征或组合，而无论这种特征或特征的组合是否解决本文所公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人表明本发明的方面可以由任何这种单个特征或特征的组合构成。考虑到前述描述，在本公开的范围内的各种修改对本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (16)

1.一种用于感测多相马达的驱动电流的电路，所述电路包括：

驱动器，所述驱动器被配置为生成所述多相马达的各个相的驱动电流，所有的驱动电流的瞬时总和为零；

所述多相马达的各个相的电流传感器，各个电流传感器被配置为测量该相的驱动电流，其中，各个电流传感器包括两个电流传感器元件，各个电流传感器元件被配置为测量该相的驱动电流，从而生成驱动电流读数，该相的测量驱动电流是所述电流传感器元件的驱动电流读数的组合，并且各个电流传感器的电流传感器元件相互被布置为，各个电流传感器元件的由待测驱动电流外的磁场引起的驱动电流系统误差的大小相同；以及

控制器，所述控制器被配置为：针对所述多相马达的各个相，生成该相的驱动电流的估计，使其为该相的测量驱动电流减去所有相的测量驱动电流的总和的1/n，n是所述多相马达的相数，

其中，各个电流传感器的电流传感器元件被布置为相反取向，且满足以下项中的一个：(i)被布置为在电路板上背对背；(ii)被布置为在电路板上并排，且并联连线。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述驱动器被配置为：响应于控制输入而生成所述多相马达的各个相的后续驱动电流，所述控制输入包括各个相的驱动电流的估计。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其中，所述控制器被配置为：生成各个测量驱动电流的误差的估计，使其等于所有相的测量驱动电流的总和的1/n。

4.根据权利要求1或2所述的电路，其中，各个电流传感器的电流传感器元件被布置为在所述电路板上背对背，并且所述控制器被配置为：计算该相的测量驱动电流，使其为所述两个电流传感器元件的驱动电流读数的总和的一半。

5.根据权利要求1或2所述的电路，其中，各个电流传感器的电流传感器元件被布置为在所述电路板上并排，且并联连线，所述控制器被配置为：计算该相的测量驱动电流，使其为所述两个电流传感器元件的驱动电流读数的总和。

6.根据权利要求1或2所述的电路，其中，各个电流传感器元件是被配置为输出霍尔电压的霍尔传感器，所述驱动电流读数是所述霍尔电压的函数。

7.根据权利要求6所述的电路，所述电路进一步包括温度传感器，所述温度传感器被配置为测量电路温度并且将所测量的电路温度输出至所述控制器。

8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述控制器被配置为：

接收来自所述温度传感器的第一校准温度测量和来自所述多相马达的相的电流传感器元件的第一校准霍尔电压，在电路断开期间同时得到两个测量；

接收来自所述温度传感器的第二校准温度测量和来自所述电流传感器元件的第二校准霍尔电压，在电流连接期间同时得到两个测量；以及

从接收到的校准测量导出所述电流传感器元件的霍尔电压的热校准曲线。

9.根据权利要求8所述的电路，其中，所述控制器被配置为：在生成相的驱动电流的估计之前，校准该相的测量驱动电流。

10.根据权利要求9所述的电路，其中，所述热校准曲线是线性的，并且所述控制器被配置为：根据相的电流传感器元件的热校准曲线，通过从该相的电流传感器元件的各个驱动电流读数减去线性偏移量，来校准该相的测量驱动电流。

11.根据权利要求8所述的电路，其中，所述控制器被配置为：在启动时接收电路断开期间得到的第一校准温度测量和第一校准霍尔电压。

12.根据权利要求8所述的电路，其中，所述控制器被配置为：在使用过程中接收马达断开期间得到的第一校准温度测量和第一校准霍尔电压。

13.根据权利要求8所述的电路，其中，所述控制器被配置为：当相的驱动电流在该相的较高驱动电流时段之后被所述驱动器短暂地驱动为零时，接收在电路连接期间得到的第二校准温度测量和第二校准霍尔电压。

14.根据权利要求1或2所述的电路，所述电路进一步包括磁屏蔽，所述磁屏蔽容纳所有的电流传感器。

15.根据权利要求14所述的电路，其中，所述磁屏蔽包括被布置在所述电流传感器的任一侧的两个屏蔽层。

16.根据权利要求14所述的电路，其中，所述磁屏蔽包括位于所述马达与所述电流传感器之间的附加屏蔽元件。

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