人形机器人电机电流检测：高精度传感方案与工程选型指南

在人形机器人系统中，关节致动器通常采用永磁同步电机（PMSM），其电流需求跨度极大——从手腕的 0.2–2 A 到髋关节的 52–83 A。为实现高动态响应、精准力控与安全运行，三相电流的实时、高精度检测已成为磁场定向控制（FOC）算法的核心输入。代理销售德州仪器（TI）旗下全系列IC电子元器件-中芯巨能从工程角度解析主流电流检测方法，并结合德州仪器（TI）最新器件，提供面向人形机器人的实用设计建议。

电流检测拓扑对比：低侧、高侧 vs 直列式

低侧检测：分流电阻置于下管FET与地之间，共模电压接近0 V，对放大器要求低。但会抬升系统“地”电位，无法检测对地短路，且仅在下管导通时有效，需复杂后处理重构三相电流。

高侧检测：分流位于母线与上管之间，不干扰系统接地，可检测对地故障。但共模电压高达 39–54 V（典型电池电压），要求电流检测IC具备高共模耐受能力（如±110 V）。

直列式检测（推荐）：每相绕组串联分流电阻，可连续、独立测量三相电流，不受FET开关状态影响，支持全周期PWM采样，是FOC控制最精确的方案。尽管面临高频PWM共模瞬变挑战，但现代专用IC已能有效抑制干扰。

高性能电流检测IC选型要点

针对直列式应用，推荐大家使用TI的两类关键器件：

高精度分立式放大器：如 INA241A

失调电压 ≤ ±10 µV，增益误差 ≤ ±0.01%，CMRR达166 dB；

带宽1.1 MHz，压摆率8 V/µs，支持快速电流环响应；

具备增强型PWM抑制，可在125 kHz开关频率下保持输出稳定。

集成分流电阻方案：如 INA790x / INA750x（EZShunt™ 技术）

内置400 µΩ（INA790x）或800 µΩ（INA750x）精密分流，节省38% PCB面积；

支持75 A（INA790x）或35 A（INA750x）连续电流；

温度漂移低至 35 ppm/°C，内置热保护，结温限值165°C。

对于高压场景（如工业机器人400–600 V系统），可选用隔离式方案：

霍尔效应传感器（如TMCS1123/1133）：提供电气隔离，载流达80 A，带过流比较器；

隔离式Δ-Σ调制器（如AMC0106M05/M25）：仅单次ADC转换，ENOB达12–14位，无PWM消隐期，CMTI高达150 V/ns，支持连续采样，显著优于传统隔离放大器架构。

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工程设计建议

优先选择直列式检测以保障控制精度与安全性；

在空间受限的人形机器人关节中，集成分流方案（如INA790x）可大幅简化布局；

若系统噪声敏感或需超高分辨率（如精细手势控制），隔离式Δ-Σ调制器是更优解；

所有设计均需验证热管理：确保分流功耗（I²R）与封装散热能力匹配，避免温漂影响精度。