FOC電流采樣方案比較

1、最近有時間把TI ST還有Microchip三家關(guān)于PMSM控制中使用電阻采樣相的電路看了一下，發(fā)現(xiàn)各家都有自己的特點，就做個總結(jié)吧。1.TI C2000系列雙電阻采樣法原理說明在U相和V相的下橋分別串聯(lián)一個功率電阻，通過一個運(yùn)放電路連接至A/D。采樣時機(jī)放在PWM的下溢中斷進(jìn)行，U V兩相電阻上的電流即為電機(jī)U V相的線電流。關(guān)鍵點(1)采樣時機(jī)：必須在的時候進(jìn)行采樣。在軟件設(shè)計的時候,采用下溢中斷(處于第7段和第1段零矢量區(qū)域中),將電流采樣的任務(wù)安排在一個PWM周期的開始處,在比較匹配到來之前的期間,U、V兩相的上橋臂都是關(guān)斷的,也就是說下橋臂是導(dǎo)通的,這樣就可以在每個PWM周期順利采樣

2、一次兩個相電流值。(2)采樣方式因為電機(jī)繞組線圈呈感性，線圈上的相電流不能突變，因此從矢量U0 轉(zhuǎn)換到零矢量后，其對應(yīng)的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖所示，其中二極管能起到續(xù)流作用，此時，下橋臂采樣電阻上流過的是相電流，因此在每個PWM周期前期通過下橋臂的采樣電阻檢測相電流是可行的。開關(guān)狀態(tài)為000時電流的流通路徑(3)采樣電流電路從上圖可以看出，流經(jīng)各相采樣電阻的電流是正負(fù)的，故采樣電阻上端的電壓是一個帶正負(fù)信號的正弦波形(下端為地)，后級運(yùn)放電路作用是將整體電壓抬高，并且進(jìn)行比例增益。2.STM32的方案：三電阻采樣法(1)電流處理：采樣電阻上端采集到的電壓是一個帶正負(fù)的正弦波形，所以其后端一定要接一個

3、運(yùn)放電路，一方面是濾波，更重要的則是把采集到的信號縮放到AD能采集的電壓范圍。這個電路可以采用同相比例放大+偏移。(2)AD觸發(fā)：在STM32的高級定時器中，除了產(chǎn)生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外還有一個CH4，這個通道只能產(chǎn)生一路PWM波，它可以用來觸發(fā)AD，可以比較容易的和前面幾個PWM波同步，而且配置好周期能非常靈活的取采樣點。(3)相采樣選擇：每次需要采集兩個電流，采集哪兩個電流由SVPWM當(dāng)前扇區(qū)決定。每次只有在下橋臂打開的時候才能進(jìn)行采樣。(4)干擾Tnoise和Trise：Tnoise是每次開關(guān)管打開或者關(guān)閉時，對當(dāng)前采集的相電壓的影響時間。Trise是每次開關(guān)管打開的

4、時候該相電流會有一個跳變，需要一段時間來穩(wěn)定。在這兩個時間里面不能采集電流。(5)SVPWM：SVPWM是FOC算法的最后一步，根據(jù)前面運(yùn)算得到的數(shù)據(jù)，修改PWM波形輸出，從而修正電機(jī)的運(yùn)行。R1此處與TI方案不同，ST方案根據(jù)扇區(qū)號來確定當(dāng)前需要采樣的電流相，而TI根據(jù)二極管續(xù)流可以持續(xù)獲得穩(wěn)定的U/V相電流反饋，TI的方法更好R2TI的方案是在PWM 關(guān)閉的時候采樣的，也就沒有了干擾的問題下面這張表格是是運(yùn)用ST庫的時候三電阻和單電阻在效率等方面的比較：3.Microchip方案（AN1299）采用單電阻方式采樣，在一組7段矢量的時間內(nèi)，根據(jù)不同的開關(guān)順序，進(jìn)行多次采樣R3相比TI方案，采

5、樣次數(shù)較多，消耗的CPU資源較多，需要考慮死區(qū)對各個采樣窗的影響，還有各采樣窗口有最小寬度限制，處理算法相對比較麻煩對于三相逆變器，我們將分析此周期的所有不同的PWMxL 組合（T0、T1、T2 和T3），了解電流測量代表著什么。從T0開始，在逆變器中我們有如下的電子開關(guān)（MOSFET 或IGBT）組合，從中我們看到，沒有電流流經(jīng)單分流電阻（圖10）。前進(jìn)到T1，我們看到PWM2L 有效，同時PWM1H和PWM3H也有效（目前沒有顯示，但假設(shè)PWM輸出是互補(bǔ)的）。由于有電流通過相A和C流入電機(jī)，通過相B流出電機(jī)，我們可以認(rèn)為此電流測量值表示的是IB，如圖11 所示。在T2 期間， PWM2L 和PWM3L 有效，且PWM1H有效。這種組合給出的是流