為何電機相電流的采樣對于FOC控制來說是不可或缺的？

本文導(dǎo)讀

電機相電流的采樣對于FOC控制來說是不可或缺的，在設(shè)計電機控制電路時，為了能夠準確的采樣到電機繞組中的電流值，需要提高電流采集的抗干擾能力。那么如何保證我們的設(shè)計是合理的，小編帶大家探討下電機電流采集電路的三個基本要素。

引言

由于電機的寬范圍調(diào)速以及高速特性，加上電機自身不能獲得理想的正弦氣隙磁場，導(dǎo)致在系統(tǒng)控制時采樣的相電流含有不規(guī)則的高次諧波和隨機干擾，再加上電流采樣電路的不穩(wěn)定性和A/D轉(zhuǎn)換單元偏差的存在，更是加大了實際采樣到的電流誤差。

眾所周知，電流的采樣對電機矢量控制是非常重要的。電流采樣方式主要有3種。

表1.1 電流采樣方式

對于大部分電機應(yīng)用，采用雙電阻相電流采樣的方法具有一定的優(yōu)勢，所以小編這里重點和大家探討下雙電阻方式下，如何提高相電流采樣的抗干擾能力。

抗干擾設(shè)計

1、采樣電阻

采樣電阻是基本的電阻元器件，同時其參數(shù)的選擇對采樣精確度也是重要的影響因素。

電機控制器對電機的其中兩相電流通過采樣電阻進行采樣，如圖1所示，從采樣電阻上獲取的電壓信號經(jīng)過電壓偏置和放大，輸入到微處理器的A/D單元，從而得到其中兩相電流，再根據(jù)基爾霍夫定律，三相電流矢量和為0，推算出第三相的電流的值。

圖1 雙電阻采樣

對于320V供電空調(diào)壓縮機，電機內(nèi)阻0.2Ω，如果采樣電阻合適，則對回路沒有什么影響。如果采樣電阻的阻值過大，會引起電壓的損耗，使能量效率變低，較大的阻值會使負載電壓發(fā)生偏移，產(chǎn)生電磁干擾，產(chǎn)生系統(tǒng)對噪聲敏感的問題。當確定好阻值后還需要考慮電阻的穩(wěn)定性能和阻值誤差。

2、運放設(shè)計

在電機的電路設(shè)計過程中需著重考慮運放電路的設(shè)計，下面為相電流采樣電路的設(shè)計說明。本文中采用的是ON公司的NCV20034汽車級運放芯片，擁有高達7MHz的增益帶寬，集成4路獨立運放于一身。

運放芯片本身對共模干擾有抵抗作用，而在差模干擾的抵抗作用稍弱，所以設(shè)計的時候要著重提高差分線上的差模抗干擾能力。如圖2所示，C2電容就是為了提高抗差模干擾能力。差分線上的電阻（R34、R35）和反饋電阻（R39）應(yīng)使用高精度的電阻，使得理論計算得到的參數(shù)是準確可靠的。然后與運放的輸出連接的AD口引腳上并連一個RC電路濾掉高次諧波干擾和隨機脈沖干擾，從而提升抗干擾能力。

圖2 電流測量

3、PCB布置

為了能夠準確的采樣電流，應(yīng)將運放芯片在PCB上的位置盡量靠近采樣電阻，同時又要使運放芯片不能遠離MCU，運放的地和MCU的地應(yīng)該盡量靠攏。如圖3所示，采樣電阻（R98、R99、R100）兩端走差分線到運放的同相和反相端口，差分線應(yīng)等距并且盡量短，以避免其他的干擾產(chǎn)生。壓縮機涉及到高壓和低壓部分，在布局電流地的時候，應(yīng)使大電流地和小電流地能很好的單點隔離。

圖3 運放差分走線

以上經(jīng)過硬件濾波后，如圖4所示，三相電流波形得到顯著的優(yōu)化。

圖4 三相電流波形