FOC中的三種電流采樣方式，你真的會選擇嗎？（可下載）

一、前言：電流采樣的作用

在 FOC 控制算法中，采樣電流是算法實現(xiàn)的基礎(chǔ)且又相當重要的一部分，準確的電流 采樣能給算法帶來事半功倍的效果，電流采樣準確了，那么為后面的坐標變換得到準確的結(jié) 果打下很好的基礎(chǔ)，用一句話來形容就是“基礎(chǔ)不對，努力白費”，由此可見電流采樣在整 個 FOC 算法中的作用

電流采樣的方式一般分為三電阻、雙電阻、單電阻，這三種采樣方式都有其優(yōu)點和 缺點，方案的不同，對應(yīng)的電流處理方式也就不同，系統(tǒng)最終運行的效果可能也會有差異， 所以這三種方案也有其適用的場合。那么這篇文章會結(jié)合這三種方式來給大家進行相關(guān)的分 析及總結(jié)，起一個拋磚引玉的作用，希望讀者能夠舉一反三，有更優(yōu)的方式。

二、三種硬件拓撲結(jié)構(gòu)

三、采樣的關(guān)鍵之處

電流的采樣有峰值電流和平均電流采樣，一般比較常見的是平均電流采樣及其控制，那 么對平均電流的采樣方式其實也有兩種，一種是檢流電阻放在逆變橋的上橋的下端，另一種 就是上面我們逆變橋的示意圖中的檢流電阻接在逆變橋的下橋的下端。

一般的方式都是將采樣電阻放在逆變橋下管的下端，這種方式對應(yīng)的檢流電路相對簡單， 而且對應(yīng)的功耗也會降低，那么檢流電阻放在逆變橋下管的下端時采集的是續(xù)流電流，然后 我們可以在下橋開通的中點進行采樣，此時對應(yīng)的電流反映了平均電流，因此對應(yīng)的電流控 制就是平均電流控制。

如果我們使用的是三電阻方式采樣的話，選用的 ADC 模塊必須至少要有三個通 道同時采樣的功能，這樣才能確保采樣得到的三相相電流是同一時刻的電流，此時才能保證 Iu+Iv+Iw=0，這個公式成立。這樣的話，才能根據(jù)下圖八所以的波形，對采樣窗口小的一相 電流進行重新計算。

而如果是雙電阻采樣的話，只有兩個采樣電阻，得到的電流無法使用 Iu+Iv+Iw=0 這個公 式，因此，即使碰到采樣窗口小的情況，如果不進行算法處理的話，雙電阻方案就出現(xiàn)局限 性了。而要想得到更好的適應(yīng)場景，就必須對雙電阻方案進行算法補償，這也是雙電阻方案 的關(guān)鍵之處。

同樣對于單電阻采樣方案，需要根據(jù)不同的開關(guān)組合來得到對應(yīng)的電流，而且需要在一 個 PWM 周期內(nèi)采樣兩次，這種方式更是不能滿足 Iu+Iv+Iw=0，只能靠算法來進行補償修正， 所以單電阻的方式更加困難，也是目前市面上的難點，如果能把難點解決，這種方式是最優(yōu) 且最便宜的方式。

四、電流采樣方式選取

在電機控制中，對電流采樣的采樣轉(zhuǎn)換方式一般都是使用 PWM 觸發(fā) ADC 來轉(zhuǎn)換，以微 芯公司的單片機為例，ADC 模塊會被配置為自動采樣和觸發(fā)轉(zhuǎn)換，如下圖九所示為自動采樣， 觸發(fā)轉(zhuǎn)換序列示意：

當 PWM 模塊設(shè)置的觸發(fā)點匹配之后，觸發(fā)信號就會給到 ADC 模塊，此時上圖九中的采 樣開關(guān)就會斷開，然后 ADC 模塊開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成即可得到對應(yīng)的采樣電流的電壓信號 的 AD 數(shù)值，在程序中使用這個數(shù)值進行算法編寫驗證即可

五、三種采樣方式的對比及注意事項

1、三電阻采樣方式

這種方式是三種方式中較簡單的，直接使用三個檢流電阻采樣電機的三相相電流，這樣 得到的結(jié)果比較直接，然后只需要根據(jù)扇區(qū)找出采樣窗口小的一相，然后使用公式 Iu+Iv+Iw=0，把采樣窗口小的一相相電流重新計算出來，這樣得到的結(jié)果準確度是最高的， 后面相關(guān)算法的實現(xiàn)也是最好實現(xiàn)的，所以這是三電阻采樣的優(yōu)點。只是因為要使用三個檢 流電阻和三個運放，所以在硬件成本上會相對其它兩種更高些。

2、雙電阻采樣方式

雙電阻采樣的話，采樣出來的兩相電流就必須直接使用了，即使出現(xiàn)偏差也需要去使用， 這種方式不能像三電阻采樣那樣，可以根據(jù)其它兩相算出第三相電流。也就是說，雙電阻需 要考慮采樣窗口的問題。如果要保證采樣電流準確的話，必須保證采樣窗口足夠大。要讓采 樣窗口足夠大的話，就需要對 PWM 波形進行變形處理，但是這樣會增加算法的執(zhí)行時間。 這種方式的優(yōu)點是節(jié)省了一個檢流電阻和一個運放。

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