FOC控制基于电阻的电流采样方案比较.docx

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1、FOC 掌握基于电阻的电流采样方案比较最近有时间把TI ST 还有 Microchip 三家关于 PMSM 掌握中使用电阻采样相的电路看了一下,觉察各家都有自己的特点,就做个总结吧。1. TI C2023 系列双电阻采样法原理说明在 U 相和 V 相的下桥分别串联一个功率电阻,通过一个运放电路连接至 A/D。采样时机放在 PWM 的下溢中断进展,U V 两相电阻上的电流即为电机 U V 相的线电流。关键点(1)采样时机:必需在下桥臂全部导通的时候进展采样。开关状态为 000 时电流的流通路径在软件设计的时候,承受下溢中断(处于第 7 段和第 1 段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个 P

2、WM 周期的开头处,在比较匹配到来之前的期间,U、V 两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就可以在每个 PWM 周期顺当采样一次两个相电流值。(2)采样方式由于电机绕组线圈呈感性,线圈上的相电流不能突变,因此从矢量 U0 转换到零矢量后,其对应的工作状态转换如下图,其中二极管能起到续流作用,此时, 下桥臂采样电阻上流过的是相电流,因此在每个 PWM 周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。(3)采样电流电路从上图可以看出,流经各相采样电阻的电流是正负的,故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地),后级运放电路作用是将整体电压抬高, 并且进展比例增益。2.

3、 STM32 的方案:三电阻采样法(1) 电流处理:采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形,所以其后端肯定要接一个运放电路,一方面是滤波,更重要的则是把采集到的信号缩放到 AD 能采集的电压范围。这个电路可以承受同相比例放大+偏移。(2) AD 触发:在 STM32 的高级定时器中,除了产生三相 PWM 波的 CH1,CH2,CH3 之外还有一个 CH4,这个通道只能产生一路PWM 波,它可以用来触发AD,可以比较简洁的和前面几个 PWM 波同步,而且配置好周期能格外敏捷的取采样点。(3) 相采样选择:每次需要采集两个电流,采集哪两个电流由 SVPWM 当前扇区打算 。每次只有在下桥臂

4、翻开的时候才能进展采样。(4) 干扰 Tnoise 和 Trise:Tnoise 是每次开关管翻开或者关闭时,对当前采集的相电压的影响时间。Trise 是每次开关管翻开的时候该相电流会有一个跳变,需要一段时间来稳定。在这两个时间里面不能采集电流。(5) SVPWM:SVPWM 是 FOC 算法的最终一步,依据前面运算得到的数据,修改PWM 波形输出,从而修正电机的运行,同时确定下次相电流采样的扇区。R1此处与TI 方案不同,ST 方案依据扇区号来确定当前需要采样的电流相,而TI 依据二极管续流可以持续获得稳定的U/V 相电流反响,TI 的方法更好对于三相逆变器,我们将分析此周期的全部不同的 P

5、WMxL 组合T0、T1、T2 和 T3,了解电流测量代表着什么。从 T0 开头,在逆变器中我们有如下的电子开关MOSFET 或IGBT组合,从中我们看到,没有电流流经单分流电阻图10。R2TI 的方案是在PWM 关闭的时候采样的,也就没有了干扰的问题下面这张表格是是运用 ST 库的时候三电阻和单电阻在效率等方面的比较:3.Microchip 方案AN1299承受单电阻方式采样,在一组 7 段矢量的时间内,依据不同的开关挨次,进展多次采样R3相比TI 方案,采样次数较多,消耗的CPU 资源较多,需要考虑死区对各个采样窗的影响,还有各采样窗口有最小宽度限制,处理算法相比照较麻烦前进到 T1,我们

6、看到 PWM2L 有效,同时 PWM1H 和 PWM3H 也有效目前没有显示, 但假设PWM 输出是互补的。由于有电流通过相 A 和C 流入电机,通过相 B 流出电机,我们可以认为此电流测量值表示的是IB,如图 11 所示。流经单分流电阻的电流 IA,如图 12 所示。T3 的情形与T0 一样,其中没有电流流经分流电阻,所以 IBUS = 0,如图 13 所示。在 T2 期间, PWM2L 和 PWM3L 有效,且 PWM1H 有效。这种组合给出的是PIC 单电阻 采样时间点的计算总结:通过双电阻、三电阻和单电阻的相电流采样方法,都是基于电机绕组电感电流通过二极管续流的原理,然后通过通过公式“Iu + Iv + Iw = 0”重构出该相电流。不同的采样方法,对相电压占空比有不同的要求,因此电压利用率也不同,可参考基于 PSoC4 的矢量掌握方案:电流采样。

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