影響電流采樣的一個(gè)因素——延遲源！

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的FOC控制開發(fā)過(guò)程中，您是否遇到過(guò)電機(jī)噪聲過(guò)大、效率偏低甚至無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的情況？這一切有可能源于相電流的采樣異常，從而導(dǎo)致FOC算法中無(wú)法重建正確的三相電流！小編這里給大家分析影響電流采樣的一個(gè)因素——延遲源！1

引言

在雙電阻采樣的電機(jī)驅(qū)動(dòng)FOC控制中，采樣點(diǎn)設(shè)置為驅(qū)動(dòng)橋下管打開的中間時(shí)刻。注意，這里是驅(qū)動(dòng)橋下管打開的中間時(shí)刻，而不是MCU輸出的PWM周期中間時(shí)刻。因?yàn)閺腗CU計(jì)算生成PWM到電流信號(hào)送入MCU的ADC模塊，這個(gè)典型的驅(qū)動(dòng)拓?fù)渲?，存在多達(dá)七個(gè)延遲源！

2

延遲類型及典型時(shí)間

下面表格詳細(xì)指明了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)渲写嬖诘钠邆€(gè)延遲源及其典型的時(shí)間。這些延遲將疊加在一起，產(chǎn)生的影響是：實(shí)際輸出PWM波形滯后于MCU計(jì)算預(yù)期輸出的PWM波形，按照這個(gè)計(jì)算，相電流采樣點(diǎn)需要滯后于MCU計(jì)算預(yù)期輸出的PWM波形的中間時(shí)刻。

3

延遲源詳細(xì)分析

3.1PWM死區(qū)時(shí)間插入

在三相無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，需要三個(gè)橋臂來(lái)控制相線電流流向，在每個(gè)橋臂上有兩個(gè)功率器件，如MOSFET、IGBT。這一對(duì)功率器件不能同時(shí)導(dǎo)通，否則就會(huì)出現(xiàn)短路的情況。這里以MOSFET作為功率器件來(lái)說(shuō)明。在控制中，必須插入死區(qū)時(shí)間以確保上部和下部MOSFET不會(huì)同時(shí)處于打開狀態(tài)。死區(qū)時(shí)間的典型值可能在100ns到2μs之間，具體取決于系統(tǒng)中的各種因素，如MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓、MOSFET型號(hào)。

在所需的PWM波形插入死區(qū)時(shí)間之后，我們得到的是PWM中點(diǎn)和上升沿都向右移動(dòng)。因此，在FOC控制算法計(jì)算出適當(dāng)?shù)腜WM之后，我們立即開始看到第一個(gè)延遲，即死區(qū)時(shí)間。

3.2光耦延遲和預(yù)驅(qū)動(dòng)器延遲

在MCU控制FTM模塊輸出PWM波形到MOSFET柵極受控制的那一刻之間，各種光電耦合器和預(yù)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)響應(yīng)導(dǎo)致了額外的延遲。

與MCU引腳輸出的波形相比，預(yù)驅(qū)動(dòng)器的輸出延遲了一段時(shí)間（Delay1）。

3.3晶體管開關(guān)延遲

經(jīng)過(guò)預(yù)驅(qū)動(dòng)器后，PWM波形到達(dá)MOSFET晶體管，但由于其固有特性，所有晶體管都需要一定的時(shí)間導(dǎo)通和截止。根據(jù)晶體管類別及導(dǎo)通/截止之間切換所需要的電壓電平，此延遲時(shí)間有所不同。

Delay2為相線電壓理論切換點(diǎn)（CMP2）與實(shí)際切換點(diǎn)的時(shí)刻之間的整個(gè)延遲。

最后，柵極電壓到達(dá)了能令晶體管導(dǎo)通的程度，電流通過(guò)相線和采樣電阻，在采樣電阻兩端產(chǎn)生電壓差，紅色波形為理想狀態(tài)下的相電流波形。此時(shí)與MCU計(jì)算生成的PWM周期中點(diǎn)存在延遲總時(shí)間如圖中“相電流中點(diǎn)移位”。

3.4其他延遲

如下圖所示，影響電流采樣的最后延遲鏈?zhǔn)怯?a href="http://wenjunhu.com/tags/放大器/" target="_blank">放大器轉(zhuǎn)換速率、MCU引腳上的低通濾波器和ADC轉(zhuǎn)換速率構(gòu)成的。圖中用紅色圓圈標(biāo)記的時(shí)刻為正確的電流采樣時(shí)刻，可以看出，與FTM輸出的PWM中點(diǎn)相比，相電流采樣點(diǎn)大大延遲。

4

結(jié)語(yǔ)

所有的電子電路中，都會(huì)存在信號(hào)的延遲問(wèn)題。信號(hào)延遲不可能被完全消除，但可通過(guò)選用低延遲的器件以減小影響。

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，除了選用合適的器件外，還需要對(duì)信號(hào)延遲進(jìn)行軟件補(bǔ)償。文中提及的這些延遲源的精確延遲時(shí)間，我們可以通過(guò)示波器和計(jì)算得出，在軟件上補(bǔ)償這些延遲，才可得出正確的電流采樣時(shí)刻。這樣在正確的時(shí)刻采集到的數(shù)據(jù)才能作為FOC控制中重建電機(jī)三相電流的數(shù)據(jù)來(lái)源。