前言：
无论是BLDC驱动，还是PMSM驱动，在采集电流时，都需要使用到运放电路。唯一区别就是BLDC驱动只采集总线电流，PMSM驱动则既需要采集总线电流，还需要采集支路电流（三电阻法和两电阻法）。由此可见，运放电路在BLDC驱动和PMSM驱动中有着举足轻重的作用。那么，怎么设计运放电路就显得格外重要了。本文就对此内容做分享。
1. 运放基础知识
运算放大电路，简称运放。运放的基础知识，网上很多。这部分内容，找度娘很容易知。本文整理如下：
（1）端口
运放端口包括：正向输入端口Vin+，负向输入端口Vin-，输出端口Vout，正电源端口V+，负电源端口V-。请见下图1。注意，我们做电机驱动，只用了正电源供电，没用负电源供电，即单电源供电。
图1
（2）供电
可以单电源供电，也可以双电源供电。很明显，单电源供电，无法输出负信号；双电源供电，可以输出正负信号。
做电机驱动，毫无疑问，用的是单电源供电。当遇到输入正负信号时，需要给运放加偏置电压。这就是我们在做PMSM驱动时，需要加偏执电压的原因。
（3）工作区
运放的工作区包括：线性区和饱和区（非线性区）。
线性区，又叫线性放大区。顾名思义，在该工作区内，输出信号和输入信号之间呈线性变化，或者叫等比例变化。换句话说，输出信号随着输入信号的增大（减小）而增大（减小）。至于，增大或者减小多少，当然由运放的增益(放大倍数)决定。做电机驱动，采集电流时，就是让运放工作在线性区。
饱和区，又叫饱和放大区。在该工作区，输出信号接近（注意不是相等）正电源V+或者V-附近，无法随着输入信号的变化而线性变化了。做电机驱动，将运放用作比较器时，就是让运放工作在饱和区。正因为工作在饱和区，所以输出才接近电源。
另外，随带提一句：运放的线性和饱和工作区是不是和三极管类似？
（4）反馈电路
无反馈，输出端Vout和两输入端（Vin+和Vin-）之间无反馈回路。此时，运放工作在饱和区。常见的应用电路：比较器。做电机驱动，当然会用到。
正反馈，输出端Vout和正向输入端Vin+之间存在反馈回路。此时，运放工作在饱和区。常见的应用电路：迟滞比较器。做电机驱动，基本没用到过。
负反馈，输出端Vout和负向输入端Vin-之间存在反馈回路。此时，运放工作在放大区。做电机驱动，必然会用到。
（5）同向放大和反向放大
首先，无论是同向放大还是反向放大，都是放大，所以根据前文内容可知：反馈电路一定是负反馈。
其次，同向则是指输入信号从运放正向输入端Vin+输入；反向则是指输入信号从运放负向输入端Vin-输入。
至于，为什么电路长成这样就可以实现同向放大和反向放大？后文会有公式推导。
（6）虚短和虚断
虚短，指在分析处于线性放大区（负反馈）的运放外围电路时，可将运放Vin+和Vin-视为等电位。这一特性，称为虚假短路，简称虚短。当然不能真正短路。至于，为什么可以这么视为？放大倍数很大，对不？本文就不展开了。
虚断，指在分析处于线性放大区（负反馈）的运放外围电路时，可将运放的两输入端视为等效断路。这一特性，称为虚假断路，简称虚断。当然不能真正断路。至于，为什么可以这么视为？输入内阻超级大，对不？本文就不展开了。
2. 运放电路设计
搞懂以上基础知识后，下面针对电机驱动会使用到的运放电路做梳理。
（1）比较器电路
这就很简单了，但因为常用，所以又不得不说。请见下图2。
图2
图2中，运放无反馈，因此运放工作在饱和区，也是比较器。输入信号V1=Vin+,参考信号Vref=Vin-。当V1大于Vfef时，Vout输出高电平。相反输出低电平。
请再见下图3。
图3
图3中，运放有正反馈，因此也是工作在饱和区，也是比较器。输入信号V1=Vin+,参考信号Vref=Vin-。当V1大于Vfef时，Vout也输出高电平。相反也输出低电平。
学有余力的同学可以继续深挖，两种比较器，加了正反馈电路有什么区别？
（2）电压跟随器电路
这也很简单，简单到不得不提。请见下图4。
图4
图4中，运放有负反馈（Vout直接和Vin-短接，形成回路），因此运放工作在放大区。又因输入信号从Vin+输入，因此肯定是同向放大。至于，Vin+和Vout的关系，推导如下：
- 根据虚短，Vin+=Vin-。又因为Vout=Vin-，因此，Vout=Vin+。
可见，输入和输出同向，且放大倍数为1。因此，该电路称为电压跟随器，又叫射随器，又叫电压缓冲器。做电机驱动可能会用电压跟随器。
（3）同向和反向放大电路
同向放大电路，请见下图5。
图5
图5中，输入信号为Vin+，负反馈，同向放大无疑。至于，Vin+和Vout的关系，推导如下：
- 根据Vout_Rf_R1回路得：
Vin-= (Vout * R1)/(Rf+R1)
- 根据虚短，Vin+=Vin-
- 可得：Vin+= (Vout * R1)/(Rf+R1)
- 化简得：Vout=((Rf/R1)+1)*(Vin+)
可见，与输入信号Vin+相比，Vout同向且放大了((Rf/R1)+1)倍。做电机驱动可能会用同向放大。
另外，由此可见，上文所提电压跟随器电路本质是一个同向放大电路，只是放大倍数为1而已。
反向放大电路，请见下图6。
图6
图6中，输入信号V1通过电阻R1输入Vin-，负反馈，反向放大无疑。至于，V1和Vout的关系，推导如下：
- 根据V1_R1_Vin-_Rf_Vout回路得：
（V1-Vin-)/R1= ((Vin-)-Vout )/Rf
- 根据虚短，Vin+=Vin-，又因Vin+接GND为0，所以Vin-为0
- 因此，(V1)/R1= (-Vout )/Rf
- 化解得：Vout=(Rf/R1)*(-V1)
可见，与输入信号V1相比，Vout反向且放大了(Rf/R1)倍。做电机驱动不会用反向放大。
（4）差分放大电路
差分放大电路，请见下图7。
图7
图7中，电路特征如下：
- 输入信号V1通过电阻R1输入Vin-
- 输入信号V2通过电阻R2输入Vin+
- 输入信号V3通过电阻R3输入Vin+
- 负反馈，说明放大无疑
- Vin-和Vin+都有信号输入，所以既不是同向放大，也不是反向放大。至于怎么就是差分放大了，请看后续公式推导。
对差分放大电路有了解的同学，肯定发现图5跟自己记忆中的电路有些不一样，甚至会怀疑图5画错了。对错与否，请继续看如下V1、V2、V3和Vout的关系推导：
- 根据虚断，V2_R2_Vin+_R3_V3回路，可得：
((V2-(Vin+))/R2)=(((Vin+)-V3)/R3)
((1/R2)+(1/R3))*(Vin+)=(V2/R2)+(V3/R3) --(1)
- 根据虚断，V1_R1_Vin-_Rf_Vout回路，可得：
((V1-(Vin-))/R1)=(((Vin-)-Vout)/Rf) --(2)
- 根据虚短，可得：Vin+=Vin- --(3)
- 根据公式(2)和(3)可得：
((V1-(Vin+))/R1)=(((Vin+)-Vout)/Rf) --(4)
((1/R1)+(1/Rf))*(Vin+)=(V1/R1)+(Vout/Rf) --(5)
- 根据公式(1)和(5)可得：
(V2/R2)+(V3/R3)=(V1/R1)+(Vout/Rf) --(6)
如果R1=R2，R3=Rf，根据公式(6)可得：(V2/R1)+(V3/Rf)=(V1/R1)+(Vout/Rf) --(7)
化解(7)得：Vout=(Rf/R1)*(V2-V1)+V3 --(8)
可见，与输入信号V1、V2和V3相比，Vout同向且先在(V2-V1)的基础上放大了(Rf/R1)倍，再加上了V3。对公式(8)分析如下：
- (V2-V1)为输入电压差。差分无疑。
- (Rf/R1)为输入电压差(V2-V1)的倍数。放大无疑。
- 如果V3等于0(电阻R3接GND)，那么Vout=(Rf/R1)*(V2-V1)。**Vout为基于0电位的差分放大无疑。**适用于，输入信号只有正向的信号（比如：直流电压）。因此，适用于采集BLDC驱动电路中的总线电流。
- 如果V3大于0(电阻R3上拉到某电压），那么Vout=(Rf/R1)*(V2-V1)+V3。**Vout为基于V3的差分放大无疑。**适用于，输入信号有正向有负向的信号（比如：正弦电压）。因此，适用于采集PMSM驱动电路中的支路电流和总线电流。
- 做电机驱动时，因为运放都是使用单电源供电，因此，务必保证V2大于V1。
3. 运放电路的电容
按前文所提原理和方法，完成运放电路设计后，为了提高电路的稳定性和抗干扰能力，我们还需要在以下位置分别加1个电容：
- 位置1：运放电源和GND之间。单电源，V+和GND之间；双电源，V+和GND之间；V-和GND之间。
- 位置2：运放输出与反馈输入之间。负反馈，Vin-和Vout之间；正反馈，Vin+和Vout之间。
- 位置3：运放Vin+和Vin-之间
至于，电容大小和作用，就交给大家找度娘了吧。无非就是滤波和抗干扰那点事儿，本文就不赘述了。