FOC电流采样方案对比（单电阻双电阻三电阻）

FOC电流采样方案对比（单电阻双电阻三电阻）文章目录1电流采样的作用2硬件架构3采样关键4采样方案5三电阻采样5.1三电阻采样点5.2双电阻采样5.3双电阻采样点5.4单电阻采样5.4.1SaSbSc：1005.4.2SaSbSc：1105.4.3SVPWM的开关状态5.4.4ST方案6总结7附录1电流采样的作用在FOC算法中，电流采样在反馈环节是相当重要的一部分，无论是有感FOC，还是无感FOC，相电流是交流三相同步电机在进行坐标变换的关键，最终通过SVPWM实现电机转子磁场和定子磁场的同步转动，通常这里有三种方案，单电阻采样，双电阻采样，三电阻采样，关系到整体系统的成本，算法的复杂程度和最终运行的效果，这里需要更加项目的具体需求进行选择。本文参考ST的单电阻和三电阻采样以及TI的双电阻采样，还有microchip的资料，结合实际中可能需要注意的地方进行总结分析。几种电流采样方案的对比；电流采样成本算法单电阻低复杂双电阻适中适中三电阻高简单2硬件架构硬件上的设计通常是采集三相电流，通过运算放大器加偏置电压，这样可以就可以采集正负电流，最终在MCU中处理的时候减去偏置电压就行，以InfineonXC167CISKBoard单电阻的方案为例子，具体电路拓扑图如下；下面是TIC2000的方案HYPERLINKAP1608410原文链接运算放大器3采样关键采样的关键是需要在三相逆变器高端关闭，低端打开的情况下进行采样，这是整体的采样点。因此，采样会存在窗口时间，因为ADC转换完成需要一定数量级的时间，也就是说，在ADC转换完成之前，桥低端是不能关闭的，在这里，双电阻和单电阻采样需要考虑窗口时间的限制，而三电阻采样则不存在窗口时间（PWM占空比接近100%），可以根据SVPWM当前所在象限，进行分类，只需要采集其中不受窗口时间限制的两相电流，然后根据Ia+Ib+Ic=0I_{a}+I_{b}+I_{c}=0Ia​+Ib​+Ic​=0，进行电流的重构。4采样方案电流采样比较关键的地方主要是硬件的设计和采样点的设置，这里在后面会涉及到通过相应的触发信号去通知ADC进行电流采样，最后进行电流重构。5三电阻采样TI的三电阻采样5.1三电阻采样点正如前面所提到的三电阻采样可以避免窗口时间，如下图所示；在不同扇区需要采样的相电流，可以看到，共同点是避免去采样PWM占空比接近100%的那一相电流。可以参考一下ST的电机库的做法，通过TIMER_CH4作为ADC采样的触发信号，而采样则可以通过修改TIM_CCR4寄存器去改变采样点，相当灵活的做法；5.2双电阻采样双电阻采样无法避免窗口时间，所以需要限制最终PWM的占空比，为ADC转换预留足够的时间；5.3双电阻采样点5.4单电阻采样单电阻采样需要在一个PWM周期内进行两次采样，下面需要在SVPWM六个扇区进行相电流的分类，这里可以对SVPWM的原理进行分析，从而了解如何对电流进行重构；单电阻的电路结构如下图所示；为了便于理解整个采样的过程，为了表示逆变器的开关管的状态，Sa表示A相的上下管，同理Sb表示B相的上下管；这里规定：Sa=1表示上管导通，下管断开；Sa=0表示下管导通，上管断开；Sb和Sc以此类推；5.4.1SaSbSc：1005.4.2SaSbSc：1105.4.3SVPWM的开关状态开关状态AHBHCH电流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，单电阻采样，需要在一个PWM周期内进行两次采样；具体如下图所示；图中的SAL，SBL，SCL分别对应整流桥的下管，因此在一个周期内分别进行了Sample1和Sample2这两次采样，对照上表可以推出；Sample1：采集了开关管状态为SALSBLSCL：101==>SAHSBHSCH：010，此时采样电流为IBI_{B}IB​；Sample2：采集了开关管状态为SALSBLSCL：100==>SAHSBHSCH：011，此时采样电流为−IA-I_{A}−IA​；原理搞清楚之后，下面要注意的地方还有两点采样点的确认和窗口时间的限制；5.4.4ST方案6总结本文介绍和对比了三种电流采样方案，简单给出了需要注意的地方，由于本人能力有限，文中难免出现错误和纰漏，