車用空調(diào)壓縮機控制器

傳統(tǒng)汽車的壓縮機由發(fā)動機直接驅(qū)動，在電動汽車中由于發(fā)動機的取消，因此也要改為電機驅(qū)動。永磁同步電機簡稱PMSM電機，采用正弦電流工作方式而具有的高效率和優(yōu)良的調(diào)控性無疑是電動汽車空調(diào)壓縮機驅(qū)動電機的更佳選擇。PMSM電機由電機和控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，控制系統(tǒng)是PMSM電機的核心，其控制算法的設(shè)計水平和控制程序編制的好壞直接關(guān)系到PMSM電機的工作性能?實時檢測電機線圈的相電流，母線電流，實現(xiàn)電機的閉環(huán)控制；最終達(dá)到按照電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的需求壓縮機驅(qū)動器控制電動壓縮機進行運轉(zhuǎn)和無極調(diào)速。

電機的電流檢測

Shunt電流檢測電路如圖1所示, Shunt電阻將電機的相電流轉(zhuǎn)化為相電壓，經(jīng)過RC低通濾波，偏置電壓預(yù)置之后經(jīng)過運放放大

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對于R1,C1低通濾波部分，該濾波器可顯著減小功率部分的開關(guān)噪聲，提高相電流檢測精度。但是該濾波器并不能采用高階濾波器，一是成本考慮，二是高階濾波器雖然衰減效果更好，但是濾波器群延時也相應(yīng)顯著增加，限制了可檢測相電流的最小PWM占空比，一般來說，濾波電路不宜高于2階， RC常數(shù)取在100ns到200ns之間。

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因為相電流方向可正可負(fù)，所以Shunt電壓也帶有極性，而一般MCU內(nèi)部的ADC并非雙極性ADC，所以在濾波電路之后R2, R3組成電阻分壓偏置電路，將電壓轉(zhuǎn)化為單極性。經(jīng)過一級放大器之后得到動態(tài)范圍擴展至電源軌的信號，以提高信噪比。

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影響Shunt電流檢測精度的因素主要來自于Shunt電阻精度及其溫漂，偏置電壓及其運算放大器非線性誤差及其溫漂?？梢姡胩岣逽hunt電流檢測精度，一顆性能較好的運算放大器必不可少。

車用空調(diào)壓縮機控制器中運放的選擇

一般采用2-Shunt用于相電流檢測，再用1-Shunt用于母線電流檢測電機控制中， 比如PWM以10KHz為例，一個PWM周期為100us。電機控制系統(tǒng)中最小PWM占空比常定義為5%，所以相電流檢測窗口時間最小為100us×5%=5us。而在程序控制中ADC采樣時刻?？刂圃谶@個相電流檢測窗口正中間，所以對于Shunt電流檢測電路來說，必須在ADC采樣時刻之前穩(wěn)定，完成電壓信號的建立穩(wěn)定。此時間主要包含兩個時間，上升沿時間（Tsr，由運放的壓擺率決定） 和穩(wěn)定時間（Tset）。假設(shè)上升沿時間占相電流檢測窗口的20%，即20%×5us=1us，那么對于一個3.3V的MCU，運放最小壓擺率SR=3.3V/1us=3.3V/us。同時運放的帶寬應(yīng)遠(yuǎn)大于PWM頻率，至少10倍以上。

對于2-Shunt電流檢測來說， 2個Shunt電阻分別置于2相，如A， B，那么C相電流就可以通過2相電流計算出來。

LTC728 是一顆四通道精密運算放大器，11MHz增益帶寬積；8nV/√Hz的噪聲譜密度；集成RF/EMI濾波器；更大輸入失調(diào)電壓500uV, 能夠更好的較小測量誤差，從而電機的啟動，運行更加平穩(wěn)；11V/uS的壓擺率和0.34uS的穩(wěn)定時間，以保證能跟上電機的電流變化。

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其中2個通道用于相電流的檢測

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其中1個通道用于母線電流的檢測

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其中 1個通道用于偏置電壓的緩沖器