FOC電流采樣方案對(duì)比（單電阻雙電阻三電阻）

FOC電流采樣方案對(duì)比（單電阻雙電阻三電阻）文章目錄1電流采樣的作用2硬件架構(gòu)3采樣關(guān)鍵4采樣方案5三電阻采樣5.1三電阻采樣點(diǎn)5.2雙電阻采樣5.3雙電阻采樣點(diǎn)5.4單電阻采樣5.4.1SaSbSc：1005.4.2SaSbSc：1105.4.3SVPWM的開(kāi)關(guān)狀態(tài)5.4.4ST方案6總結(jié)7附錄1電流采樣的作用在FOC算法中，電流采樣在反饋環(huán)節(jié)是相當(dāng)重要的一部分，無(wú)論是有感FOC，還是無(wú)感FOC，相電流是交流三相同步電機(jī)在進(jìn)行坐標(biāo)變換的關(guān)鍵，最終通過(guò)SVPWM實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，通常這里有三種方案，單電阻采樣，雙電阻采樣，三電阻采樣，關(guān)系到整體系統(tǒng)的成本，算法的復(fù)雜程度和最終運(yùn)行的效果，這里需要更加項(xiàng)目的具體需求進(jìn)行選擇。本文參考ST的單電阻和三電阻采樣以及TI的雙電阻采樣，還有microchip的資料，結(jié)合實(shí)際中可能需要注意的地方進(jìn)行總結(jié)分析。幾種電流采樣方案的對(duì)比；電流采樣成本算法單電阻低復(fù)雜雙電阻適中適中三電阻高簡(jiǎn)單2硬件架構(gòu)硬件上的設(shè)計(jì)通常是采集三相電流，通過(guò)運(yùn)算放大器加偏置電壓，這樣可以就可以采集正負(fù)電流，最終在MCU中處理的時(shí)候減去偏置電壓就行，以InfineonXC167CISKBoard單電阻的方案為例子，具體電路拓?fù)鋱D如下；下面是TIC2000的方案HYPERLINKAP1608410原文鏈接運(yùn)算放大器3采樣關(guān)鍵采樣的關(guān)鍵是需要在三相逆變器高端關(guān)閉，低端打開(kāi)的情況下進(jìn)行采樣，這是整體的采樣點(diǎn)。因此，采樣會(huì)存在窗口時(shí)間，因?yàn)锳DC轉(zhuǎn)換完成需要一定數(shù)量級(jí)的時(shí)間，也就是說(shuō)，在ADC轉(zhuǎn)換完成之前，橋低端是不能關(guān)閉的，在這里，雙電阻和單電阻采樣需要考慮窗口時(shí)間的限制，而三電阻采樣則不存在窗口時(shí)間（PWM占空比接近100%），可以根據(jù)SVPWM當(dāng)前所在象限，進(jìn)行分類(lèi)，只需要采集其中不受窗口時(shí)間限制的兩相電流，然后根據(jù)Ia+Ib+Ic=0I_{a}+I_+I_{c}=0Ia?+Ib?+Ic?=0，進(jìn)行電流的重構(gòu)。4采樣方案電流采樣比較關(guān)鍵的地方主要是硬件的設(shè)計(jì)和采樣點(diǎn)的設(shè)置，這里在后面會(huì)涉及到通過(guò)相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)去通知ADC進(jìn)行電流采樣，最后進(jìn)行電流重構(gòu)。5三電阻采樣TI的三電阻采樣5.1三電阻采樣點(diǎn)正如前面所提到的三電阻采樣可以避免窗口時(shí)間，如下圖所示；在不同扇區(qū)需要采樣的相電流，可以看到，共同點(diǎn)是避免去采樣PWM占空比接近100%的那一相電流?？梢詤⒖家幌耂T的電機(jī)庫(kù)的做法，通過(guò)TIMER_CH4作為ADC采樣的觸發(fā)信號(hào)，而采樣則可以通過(guò)修改TIM_CCR4寄存器去改變采樣點(diǎn)，相當(dāng)靈活的做法；5.2雙電阻采樣雙電阻采樣無(wú)法避免窗口時(shí)間，所以需要限制最終PWM的占空比，為ADC轉(zhuǎn)換預(yù)留足夠的時(shí)間；5.3雙電阻采樣點(diǎn)5.4單電阻采樣單電阻采樣需要在一個(gè)PWM周期內(nèi)進(jìn)行兩次采樣，下面需要在SVPWM六個(gè)扇區(qū)進(jìn)行相電流的分類(lèi)，這里可以對(duì)SVPWM的原理進(jìn)行分析，從而了解如何對(duì)電流進(jìn)行重構(gòu)；單電阻的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示；為了便于理解整個(gè)采樣的過(guò)程，為了表示逆變器的開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)，Sa表示A相的上下管，同理Sb表示B相的上下管；這里規(guī)定：Sa=1表示上管導(dǎo)通，下管斷開(kāi)；Sa=0表示下管導(dǎo)通，上管斷開(kāi)；Sb和Sc以此類(lèi)推；5.4.1SaSbSc：1005.4.2SaSbSc：1105.4.3SVPWM的開(kāi)關(guān)狀態(tài)開(kāi)關(guān)狀態(tài)AHBHCH電流000001100IAI_{A}IA?2110?IC-I_{C}?IC?3010IBI_{B}IB?4011?IA-I_{A}?IA?5001ICI_{C}IC?6101?IB-I_{B}?IB?71110因此，單電阻采樣，需要在一個(gè)PWM周期內(nèi)進(jìn)行兩次采樣；具體如下圖所示；圖中的SAL，SBL，SCL分別對(duì)應(yīng)整流橋的下管，因此在一個(gè)周期內(nèi)分別進(jìn)行了Sample1和Sample2這兩次采樣，對(duì)照上表可以推出；Sample1：采集了開(kāi)關(guān)管狀態(tài)為SALSBLSCL：101==>SAHSBHSCH：010，此時(shí)采樣電流為IBI_{B}IB?；Sample2：采集了開(kāi)關(guān)管狀態(tài)為SALSBLSCL：100==>SAHSBHSCH：011，此時(shí)采樣電流為?IA-I_{A}?IA?；原理搞清楚之后，下面要注意的地方還有兩點(diǎn)采樣點(diǎn)的確認(rèn)和窗口時(shí)間的限制；5.4.4ST方案6總結(jié)本文介紹和對(duì)比了三種電流采樣方案，簡(jiǎn)單給出了需要注意的地方，由于本人能力有限，文中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和紕漏，