關(guān)于PMSM控制中使用電阻采樣的方案比較

最近有時(shí)間把TI ST還有Microchip三家關(guān)于PMSM控制中使用電阻采樣相的電路看了一下，發(fā)現(xiàn)各家都有自己的特點(diǎn)，就做個(gè)總結(jié)吧。

1.TI C2000系列雙電阻采樣法

原理說(shuō)明

在U相和V相的下橋分別串聯(lián)一個(gè)功率電阻，通過(guò)一個(gè)運(yùn)放電路連接至A/D。

采樣時(shí)機(jī)放在PWM的下溢中斷進(jìn)行，U V兩相電阻上的電流即為電機(jī)U V相的線電流。

關(guān)鍵點(diǎn)

(1)采樣時(shí)機(jī)：

必須在的時(shí)候進(jìn)行采樣。

在軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候,采用下溢中斷(處于第7段和第1段零矢量區(qū)域中),將電流采樣的任務(wù)安排在一個(gè)PWM周期的開(kāi)始處,在比較匹配到來(lái)之前的期間,U、V兩相的上橋臂都是關(guān)斷的,也就是說(shuō)下橋臂是導(dǎo)通的,這樣就可以在每個(gè)PWM周期順利采樣一次兩個(gè)相電流值。

(2)采樣方式

因?yàn)殡姍C(jī)繞組線圈呈感性，線圈上的相電流不能突變，因此從矢量U0?轉(zhuǎn)換到零矢量后，其對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖所示，其中二極管能起到續(xù)流作用，此時(shí)，下橋臂采樣電阻上流過(guò)的是相電流，因此在每個(gè)PWM周期前期通過(guò)下橋臂的采樣電阻檢測(cè)相電流是可行的。

開(kāi)關(guān)狀態(tài)為000時(shí)電流的流通路徑

(3)采樣電流電路

從上圖可以看出，流經(jīng)各相采樣電阻的電流是正負(fù)的，故采樣電阻上端的電壓是一個(gè)帶正負(fù)信號(hào)的正弦波形(下端為地)，后級(jí)運(yùn)放電路作用是將整體電壓抬高，并且進(jìn)行比例增益。

2.STM32的方案：三電阻采樣法

(1)電流處理：

采樣電阻上端采集到的電壓是一個(gè)帶正負(fù)的正弦波形，所以其后端一定要接一個(gè)運(yùn)放電路，一方面是濾波，更重要的則是把采集到的信號(hào)縮放到AD能采集的電壓范圍。這個(gè)電路可以采用同相比例放大+偏移。

(2)AD觸發(fā)：

在STM32的高級(jí)定時(shí)器中，除了產(chǎn)生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外還有一個(gè)CH4，這個(gè)通道只能產(chǎn)生一路PWM波，它可以用來(lái)觸發(fā)AD，可以比較容易的和前面幾個(gè)PWM波同步，而且配置好周期能非常靈活的取采樣點(diǎn)。
(3)相采樣選擇：

每次需要采集兩個(gè)電流，采集哪兩個(gè)電流由SVPWM當(dāng)前扇區(qū)決定?。每次只有在下橋臂打開(kāi)的時(shí)候才能進(jìn)行采樣。

(4)干擾Tnoise和Trise：

Tnoise是每次開(kāi)關(guān)管打開(kāi)或者關(guān)閉時(shí)，對(duì)當(dāng)前采集的相電壓的影響時(shí)間。Trise是每次開(kāi)關(guān)管打開(kāi)的時(shí)候該相電流會(huì)有一個(gè)跳變，需要一段時(shí)間來(lái)穩(wěn)定。在這兩個(gè)時(shí)間里面不能采集電流。

(5)SVPWM：

SVPWM是FOC算法的最后一步，根據(jù)前面運(yùn)算得到的數(shù)據(jù)，修改PWM波形輸出，從而修正電機(jī)的運(yùn)行。

[R1]此處與TI方案不同，ST方案根據(jù)扇區(qū)號(hào)來(lái)確定當(dāng)前需要采樣的電流相，而TI根據(jù)二極管續(xù)流可以持續(xù)獲得穩(wěn)定的U/V相電流反饋，TI的方法更好

[R2]TI的方案是在PWM?關(guān)閉的時(shí)候采樣的，也就沒(méi)有了干擾的問(wèn)題

下面這張表格是是運(yùn)用ST庫(kù)的時(shí)候三電阻和單電阻在效率等方面的比較：

3.Microchip方案（AN1299）

采用單電阻方式采樣，在一組7段矢量的時(shí)間內(nèi)，根據(jù)不同的開(kāi)關(guān)順序，進(jìn)行多次采樣

[R3]相比TI方案，采樣次數(shù)較多，消耗的CPU資源較多，需要考慮死區(qū)對(duì)各個(gè)采樣窗的影響，還有各采樣窗口有最小寬度限制，處理算法相對(duì)比較麻煩

對(duì)于三相逆變器，我們將分析此周期的所有不同的PWMxL?組合（T0、T1、T2?和T3），了解電流測(cè)量代表著什么。從T0開(kāi)始，在逆變器中我們有如下的電子開(kāi)關(guān)（MOSFET?或IGBT）組合，從中我們看到，沒(méi)有電流流經(jīng)單分流電阻（圖10）。

前進(jìn)到T1，我們看到PWM2L?有效，同時(shí)PWM1H和PWM3H也有效（目前沒(méi)有顯示，但假設(shè)PWM輸出是互補(bǔ)的）。由于有電流通過(guò)相A和C流入電機(jī)，通過(guò)相B流出電機(jī)，我們可以認(rèn)為此電流測(cè)量值表示的是–IB，如圖11?所示。

在T2?期間，?PWM2L?和PWM3L?有效，且PWM1H有效。這種組合給出的是流經(jīng)單分流電阻的電流IA，如圖12?所示。

T3的情形與T0一樣，其中沒(méi)有電流流經(jīng)分流電阻，所以IBUS = 0，如圖13?所示。

PIC?單電阻?采樣時(shí)間點(diǎn)的計(jì)算